外部量子效率(EQE)是指光电器件(如太阳能电池、光电探测器等)将入射光子转换为电子的效率,具体来说,是收集到的电子数与入射光子数之比。例如,对于发光二极管而言,其外量子效率等于单位时间内于平面内发出的光子数与单位时间内于平面内注入的电子-空穴对的比值;而在太阳能电池中,它则体现为输出电流与进入电池的光流之比。
使用单色光源(如可调波长激光或单色仪)照射电池表面,通过标准探测器校准入射光强。然后测量电池在不同波长下的短路电流,结合入射光子通量来计算EQE。量子效率测试仪通常采用类似的方法,利用单色光源发出特定波长的光模拟入射光子,用光电二极管等探测器探测入射光子并将其转换为电子信号,再经过信号放大、甄别等处理后得到数据。
外部量子效率(EQE)的测定步骤:
1.准备阶段
-样品安装:将待测器件固定在专用的样品架上,确保其位置准确且稳定,以便后续能够均匀地接受光照并有效收集产生的信号。
-光源调试:开启光源设备,使其达到稳定的工作状态。通常需要使用具有连续光谱输出能力的光源,如氙灯等,以覆盖较宽的波长范围,满足不同测试需求。待光源稳定以后,启动单色器,将光源调制成连续变化的单色光。
-校准标准件:把标准电池放置在样品架的位置上,用调制好的单色光依次照射标准电池,测量并记录各个波段光的强度数据,以此作为后续计算和对比的基础参考值。这一步是为了建立准确的光照强度与响应关系的基准。
2.测量过程
-更换待测样品:将待测器件安装到样品架,取代之前的标准电池。
-采集数据:让单色光照射到待测器件上,激发其产生相应的光电效应或其他相关物理现象,从而得到光电信号响应。利用锁相放大器等高精度的信号检测设备将微弱的信号进行放大处理,以提高信噪比,便于准确读取和分析数据。
-多波长扫描:重复上述操作,逐步改变单色光的波长,对整个感兴趣的光谱范围(例如紫外、可见、近红外全光谱范围)进行逐点或连续扫描测量,获取不同波长下的光子响应情况。
3.数据处理与分析
-计算效率指标:根据测量得到的入射光功率、产生的电子数以及对应的光子能量等信息,按照特定的公式计算出每个波长点的外量子效率值。一般来说,外量子效率等于产生的电子数与注入光子数之比。
-绘制光谱响应曲线:以波长为横坐标,以外量子效率为纵坐标,绘制出待测器件的光谱响应曲线,直观展示其在不同波长光照下的量子效率变化规律。