斬波單色儀和量子效應檢測儀的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及太陽能電池的測量技術，尤其是涉及一種斬波單色儀和量子效應檢測 儀。
【背景技術】
[0002] 隨著全球能源需求量的逐年增加，環境污染問題日益嚴重，能源問題成為世界各 國經濟發展遇到的首要問題.太陽能作為一種綠色能源，市場潛力、應用前景不可估量，太 陽能研發、應用中都需進行太陽能電池性能測試。太陽能電池的關鍵指標包括：光電轉換效 率與量子效率。
[0003] 太陽能電池的量子效率是指太陽能電池的電荷載流子數目與照射在太陽能電池 表面一定能量的光子數目的比率。量子效應可分為內量子效應和外量子效應。
[0004] 當光子入射到光敏器材（如CCD等）的表面時，被吸收的那部分光子會激發光敏 材料會產生電子空穴對，形成電流，此時產生的電子與被吸收的光子之比，就是內量子效率 (internal quantum efficiency)。外量子效率即電子轉化效率，定義為單位時間內外電路 中產生的電子數Ne與單位時間內的入射單色光子數Np之比。
[0005]
[0006] 理想中的太陽能電池的量子效率是一個常數，即入射不同波長的入射光，太陽能 電池量子效率是一個常數。然而由于再結合效應和太陽能電池結構的原因，太陽能電池的 量子效應是隨波長改變的參數。太陽能電池的量子效率與太陽能電池對照射在太陽能電池 表面的各個波長的光的響應有關。實驗中，常采用量子效應檢測儀來測量太陽能電池的量 子效應。
[0007] 量子效應檢測儀：用強度可調的偏置光照射太陽能電池，模擬其不同的工作狀態， 同時測量太陽能電池在不同波長的單色光照射下產生的短路電流，從而得到太陽能電池 的絕對光譜響應與量子效率。
[0008] 太陽能電池（光伏材料）光譜響應測試、量子效率QE(Quantum Efficiency) 測試、光電轉換效率 IPCE(Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency)測試等，廣義來說，就是測量光伏材料在不同波長光照條件下的光生電流、光 導等。
[0009] 量子效應檢測儀結構復雜，需要太陽光模擬光源、單色儀、斬波器、光學系統、鎖相 放大器、前置放大器。對于調制光響應慢、響應時間較長的太陽能電池（如染料敏化太陽能 電池），斬波器的最低調制頻率4Hz也無法得到準確的測量結果，量子效應檢測儀還需要加 入直流光測量模式。一般來說，鎖相放大器無法測量直流信號，對于這種直流數據的采集， 量子效應檢測儀內需要高精度直流放大器。所述現有技術的量子效應檢測儀，結構復雜、成 本尚昂。
【發明內容】
[0010] 本發明的目的在于提供一種斬波單色儀和量子效應檢測儀，旨在解決現有的斬波 單色儀或量子效應檢測儀結構復雜，造價過高的技術缺陷。
[0011] 為此，本發明實施例提供了一種斬波單色儀，包括反射鏡、光柵、數字微鏡器件、電 源模塊和控制電路，所述電源模塊分別與所述數字微鏡器件和所述控制電路連接，所述反 射鏡設于所述光柵前方，所述光柵設于所述數字微鏡器件的前方，入射光經所述反射鏡后， 投射于光柵后分成若干光束后，所述數字微鏡器件選擇至少一光束反射后輸出。
[0012] 優選地，還包括顯示模塊、通訊模塊和輸入輸出模塊，所述通訊模塊包括USB通訊 電路和/或RS232通訊電路。
[0013] 優選地，還包括反射透鏡組，所述反射透鏡組包括同軸設置的第一凸透鏡和第二 凸透鏡，所述第一凸透鏡和第二凸透鏡的焦點重合，并且所述第一凸透鏡的投影面積大于 所述第二凸透鏡，所述數字微鏡器件反射出的光束依次經所述第一凸透鏡和第二凸透鏡射 出。
[0014] 優選地，還包括入射細縫和出射細縫，入射光經所述入射細縫進入所述光柵，所述 反射透鏡組輸出的光束經所述出射細縫射出。
[0015] 優選地，所述數字微鏡器件包括912x 1140的微鏡陣列。
[0016] 另外，本發明還提供一種量子效應檢測儀，包括光源、前置放大器、鎖相放大器和 控制分析模塊，還包括上述的斬波單色儀，所述光源發出的光線依次經所述斬波單設儀和 待測太陽能電池，所述前置放大器的輸入端與所述待測太陽能電池連接，輸出端與所述鎖 相環放大器的輸入端連接，所述鎖相放大器的另一輸入端與所述斬波單色儀的頻率輸出端 連接，所述鎖相放大器的輸出端與所述控制分析模塊連接。
[0017] 優選地，還包括分束鏡、光學系統和標準太陽能電池，所述光源發出的光線依次經 所述斬波單色儀和分束鏡，所述光學系統和待測太陽能電池的安裝位依次位于所述分束鏡 的第一光路上，標準太陽能電池的安裝位設于所述分束鏡的第二光路上。
[0018] 與現有技術相比，本發明實施例提供的斬波單色儀采用數字微鏡器件進行獲取單 色光線，不僅具有單色儀功能，且還可以通過數字微鏡的開啟和關閉進行斬波，具有超寬頻 域的斬波調制功能。由于本發明實施例提供的斬波單色儀沒有采用步進電機或其他機械的 方式進行分光或斬波，降低了電子-機械轉換過程中帶來的誤差，有利于提高單色儀分辨 率。
[0019] 而且，本發明實施提供的斬波單色儀無需再搭載獨立的斬波器系統，簡化了量子 效應檢測儀系統。斬波單色儀的超低頻斬波模式融合了直流模式測量和交流模式測量兩者 的優勢，無需搭載直流模式測量所需的高精度直流放大器系統，超低頻斬波模式搭載鎖相 放大器即可滿足現有技術的直流模式測量和交流模式測量。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發明實施例提供的斬波單色儀的結構示意圖；
[0021] 圖2是本發明實施例提供的斬波單色儀的數字微鏡器件的結構示意圖；
[0022] 圖3是本發明實施例提供的量子效應檢測儀的結構示意圖；
[0023] 圖中：
[0024] 10 :光源；20 :斬波單色儀；21 :光柵；22 :數字微鏡器件；23 :控制電路；231 :USB 通訊電路；232 :RS232通訊電路；233 :輸入輸出模塊；24 :凸透鏡組；241 :第一凸透鏡； 242 :第二凸透鏡；25 :電源模塊；26 :黑體材料；27 :入射細縫；28 :出射細縫；29 :反射鏡； 30 :分束鏡；40 :標準太陽能電池；41 :待測太陽能電池；50 :鎖相放大器；60 :前置放大器； 70 :光學系統；80 :控制分析模塊。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0026] 參見圖1，圖1是本發明實施例提供的斬波單色儀的結構示意圖。在圖1示出的 實施方式中，該結構的斬波單色儀20包括光柵21、數字微鏡器件22、電源模塊25和控制電 路23,以及入射細縫27和出射細縫28,其中，電源模塊25分別與數字微鏡器件22和控制 電路23連接。
[0027] 入射光經入射細縫27進入反射鏡29,反射到光柵21，反射鏡29設于光柵21的前 方，光柵21設于數字微鏡器件22的前方，入射光經反射鏡29投射在光柵21后，分成若干 光束后，數字微鏡器件22選擇至少一光束反射后輸出。其中，光柵21有三種光柵結構可供 選擇，三種光柵分別對應輸出不同的波長范圍的光線。
[0028] 在一些優選的實施方式中，該結構的斬波單色儀20還包括顯示模塊、通訊模塊和 輸入輸出模塊233,通訊模塊包括USB通訊電路231和/或RS232通訊電路232。
[0029] 在另外一些實施方式中，斬波單色儀20還包括反射透鏡組，反射透鏡組包括同軸 設置的第一凸透鏡241和第二凸透鏡242,第一凸透鏡241和第二凸透鏡242的焦點重合， 并且第一凸透鏡241的投影面積大于第二凸透鏡242,數字微鏡器件22反射出的光束依次 經第一凸透鏡241和第二凸透鏡242射出，反射透鏡組輸出的光束可以經出射細縫28射 出。微鏡反射出的單色光有一定間距，放置一個與數字微鏡器件22大小相當的第一凸透鏡 241將所有反射的單色光聚焦，放置另一個較小的第二凸透鏡242,使兩者焦點重合，凸透 鏡結構可使得平行光間距縮小，使不同波長的單色光從一個寬度可調的縫隙射出。
[0030] 從圖2示出的斬波單色儀20可以看出，區別于傳統的單色儀，本發明實施方式提 供的單色儀沒有采用步進電機或其他機械的方式進行分光或斬波，降低了電子-機械轉換 過程中帶來的誤差，有利于提高單色儀分辨率。同時，本發明實施例提供的斬波單色儀20 將斬波的功能融合到單色儀，以單一器件同時實現斬波和單色儀兩者功能，無需再搭載獨 立的斬波器系統，簡化了量子效應檢測儀系統。斬波單色儀20的超低頻斬波模式融合了直 流模式測量和交流模式測量兩者的優勢，無需搭載直流模式測量所需的高精度直流放大器 系統，超低頻斬波模式搭載鎖相放大器50即可滿足現有技術的直流模式測量和交流模式 測量。
[0031] 在應用本發明實施例提供的斬波單色儀20的過程中，復合光通過入射細縫27射 入斬波單色儀20內，通過光柵21將不同波長的光線分離開來，使得復合光分成了若干束有 一定間距、平行的單色光。平行的單色光經過一定距離投射在數字微鏡器件22上，不同波 長的單色光投射在數字微鏡器件22的位置不同。根據使用者選擇輸出光源波長，開啟該單 色光投射位置對應的微鏡，開閉其余位置微鏡，從而可以達到分光的效果。單色光投射在處 于開啟狀態的微鏡，光線經過反射，進入凸透鏡組24,最終從可調的細縫中射出。而其余波 長的光投射在處于關閉狀態的微鏡時，光線經過反射被黑體材料26吸收，從而達到將復合 光分成單色光的作用。
[0032] 單色儀的分辨率由下三式給出：
[0036] 其中：D0(角色散本領）是：對于一定波長差SA的兩條譜線，其角距離有多大。
[0037] h(線色散本領）是：對于一定波長差SA的兩條譜線，其在屏幕上的距離有多 大。
[0038] R(色分辨能力）是：根據瑞利判據，兩條具有一定寬度的譜線能夠被分辨出來的 能力。
[0039] 其中k為衍射級數，取k=