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量子效率(QE)是光電器件將入射光子轉(zhuǎn)為有效電子(或光子)的關(guān)鍵性能指標(biāo),量子效率測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)精準(zhǔn)光學(xué)與電學(xué)測(cè)量,定量計(jì)算該指標(biāo),為器件研發(fā)、生產(chǎn)及質(zhì)控提供核心數(shù)據(jù)支撐。
一、核心原理與構(gòu)成
量子效率公式為:量子效率 = 有效轉(zhuǎn)換電子數(shù)(或光子數(shù))/ 入射光子數(shù) ×100%,分外量子效率(EQE,含表面反射損失)與內(nèi)量子效率(IQE,僅算內(nèi)部轉(zhuǎn)換,IQE=EQE / 光吸收效率)。
系統(tǒng)通過(guò) “生成單色光入射器件→測(cè)入射光子數(shù)與器件輸出電子數(shù)→計(jì)算 QE" 實(shí)現(xiàn)功能,核心由 4 大模塊構(gòu)成:
模塊 | 功能 | 關(guān)鍵組件 |
---|---|---|
光源與單色光生成 | 提供寬光譜穩(wěn)定光,分解為特定波長(zhǎng)單色光 | 氙燈 / 鹵鎢燈、單色儀、濾光片 |
光功率校準(zhǔn) | 測(cè)入射光功率以算光子數(shù) | 標(biāo)準(zhǔn)硅 / InGaAs 探測(cè)器、積分球 |
器件測(cè)試與信號(hào)采集 | 提供工作條件,采集輸出電信號(hào) | Keithley 源表、低溫恒溫器、探針臺(tái) |
數(shù)據(jù)處理與控制 | 同步控制模塊,計(jì)算 QE 并生成報(bào)告 | 專(zhuān)用測(cè)試軟件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 |
二、核心應(yīng)用領(lǐng)域
1. 光伏領(lǐng)域
太陽(yáng)能電池的 QE 直接反映其對(duì)不同波長(zhǎng)光的響應(yīng)能力,是比轉(zhuǎn)換效率更精準(zhǔn)的指標(biāo)。
• 研發(fā):分析紫外、可見(jiàn)、近紅外波段 QE 差異,定位瓶頸(如近紅外 QE 低可能是材料光吸收不足);
• 生產(chǎn):批量檢測(cè) QE 一致性,篩選缺陷產(chǎn)品(如 QE 曲線(xiàn)異??赡芤螂姵仉[裂);
• 特殊場(chǎng)景:測(cè)試鈣鈦礦、疊層電池 QE,驗(yàn)證光譜利用能力。
2. 圖像傳感器領(lǐng)域
CMOS/CCD 傳感器的 QE 決定弱光靈敏度(QE 越高,弱光成像越清晰)。
• 優(yōu)化靈敏度:測(cè)不同波長(zhǎng) QE,指導(dǎo)像素結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如調(diào)整光電二極管厚度);
• 校準(zhǔn)色彩:通過(guò) QE 曲線(xiàn)匹配彩色濾光片,避免成像偏色;
• 特種測(cè)試:針對(duì)近紅外傳感器,重點(diǎn)測(cè) 700-1100nm 波段 QE。
3. 發(fā)光器件領(lǐng)域
LED/OLED 的 EQE(輸出光子數(shù) / 注入電子數(shù) ×100%)決定亮度與能耗。
• 研發(fā):分析 EQE - 電流 / 波長(zhǎng)曲線(xiàn),解決效率滾降(高電流下 EQE 下降)問(wèn)題;
• 生產(chǎn):依 EQE 分級(jí),高 EQE 用于高*顯示屏,低 EQE 用于普通照明;
• 新型器件:測(cè)試 Micro-LED、QLED 的 EQE 均勻性,避免顯示屏暗點(diǎn)。
4. 光通信領(lǐng)域
光通信器件(如光電探測(cè)器、激光二極管)的 QE 影響信號(hào)接收靈敏度與傳輸距離。
• 光電探測(cè)器:測(cè) 850nm/1310nm/1550nm 通信波段 QE,QE 越高通信距離越遠(yuǎn);
• 激光二極管:測(cè) IQE,避免功耗升高、發(fā)熱影響穩(wěn)定性。
5. 新興領(lǐng)域
• 量子點(diǎn)器件:測(cè) QE 驗(yàn)證量子限制效應(yīng)(尺寸越小,QE 峰值越向短波移動(dòng));
• 生物醫(yī)學(xué)探測(cè)器:測(cè)特定熒光波長(zhǎng) QE,確保捕捉微弱生物信號(hào);
• 空間探測(cè)器件:模擬低溫真空環(huán)境測(cè) QE,保障極*條件下性能穩(wěn)定。
三、量子效率測(cè)試系統(tǒng)的具體型號(hào)有哪些
卓立漢光的量子效率測(cè)試系統(tǒng)在光伏與光電器件測(cè)試上成熟度高、功能全面,覆蓋EQE/IPCE/IQE、LBIC 與 Mapping 等主流需求,適合研發(fā)與批量質(zhì)控場(chǎng)景
SCS1000 量子效率測(cè)試系統(tǒng)
• 適用場(chǎng)景:光伏電池、大面積光電探測(cè)器的研發(fā)與產(chǎn)線(xiàn)質(zhì)控,含鈣鈦礦、疊層、IBC 等結(jié)構(gòu)。
• 核心能力:一體化高自動(dòng)化;波長(zhǎng) 250–1700 nm;最小光斑≤1 mm;光源長(zhǎng)期穩(wěn)定性 > 99%;支持 EQE/IPCE/IQE、反射 / 透射、Jsc 積分、LBIC 與 Mapping。
• 可擴(kuò)展性:多通道源表、探針臺(tái) / 手套箱集成、監(jiān)視光路與相機(jī)精確定位。
• 合規(guī)與一致性:支持一鍵流程與自動(dòng)模式切換,符合 IEC 60904-8 等標(biāo)準(zhǔn),提升批量化測(cè)試效率與可重復(fù)性
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