换光源之后,同一批样片测出来的效率,比上一轮低了一截。样片没换,配方没换,连夹具都没动过。某高校课题组的几个人轮着复测,第一反应是灯不行,第二反应才是扫描条件。后来发现,问题确实不在灯。

先查光源是本能。光谱、辐照度、均匀性,每一项都会把效率带偏。查法是拿标准太阳电池在测试面上走一遍,看读数是不是还停在标定值上。这一遍走下来,光源没有明显跑偏。这一步不花什么时间,却能把光源从嫌疑名单里划掉。
疑点跟着转到别处。他们手上测的是整片电池片,不是封装好的小组件;这类样片常用的机型是光伏电池片太阳光模拟器。同一台机、同一批片,只要扫描条件动过,曲线就会换一个样子。
样片是旋涂出来的钙钛矿电池,面积只有几平方厘米,批次之间的差异比设备本身还大;这也是钙钛矿专用太阳光模拟器要面对的前提。面积小,出光面却不能跟着缩到刚好盖住样片。
这台 200mm×200mm 有效辐照面的稳态太阳光模拟器由上海科迎法电气供货,出光方向向下。
留出来的余量用来放夹具和挪位置。样片摆在哪一格,读数都要落在同一片均匀区里;换一个位置就换一组数,复现就无从谈起。

二线法把电流和电压走同一对线。线本身有电阻,电流越大,压降越大,落到采样端的电压就少了一截。样片电流越大,这一截越不能忽略。
判断点不在样片大小,在电阻。样品电阻小于 1kΩ 时,引线电阻与接触电阻占的比例上来了,这时候换成四线法:电流走一对线,电压另走一对线,压降不进采样回路。
实际做的时候,探针压点比接线方式更容易出错。压偏一点,接触电阻就上去,四线法也救不回来。换线之前先看压点是不是落在栅线上。

扫描条件是最容易被当成默认值的一栏。打开界面,起点、终点、步长都填着数,看着能跑,就先跑起来了。数据对不上,多半出在这一栏。
单向扫描只走一遍,从起点到终点,曲线到此为止。循环扫描走一个来回,终点之后再退回来,同一条曲线被读两次。退回来那一次读的是样片刚被光照过之后的状态,两条曲线不重合,说明样片还没稳。

要改扫描方向,不用另找开关,把起点和终点的值互换就行。测试始终从起点走到终点,起点换成原来的终点,方向就反了。变的是曲线走向和填充因子的读数,短路电流那一头基本不动。起点和终点的绝对值不能超过源表的量程,两个值也不能填成一样,填成一样扫描长度为零,什么都读不到。
步长决定点数。步长给得粗,拐点附近被跳过,填充因子就偏;步长给得细,点数多,测量间隔不够,单点还没读稳就跳到下一个点。测量间隔的单位是秒,管的是相邻两点之间隔多久。这两项要一起调,只调一个,另一头会出问题。输出限制是钳位值,起保护作用,设窄了会把大电流段削平,曲线看着像被切了一刀。
两件事常被混成一件。暗电流扣除处理的是曲线本身:不给光,扫一遍,把这条暗曲线从光照下的曲线里减掉,剩下的才是光生电流。
标准太阳电池校准处理的是光。标准太阳电池的校准值来自 AM1.5光谱 的定义,不是来自这台设备的实测值。它给的是一个参照:测试面上的光够不够标称,由它说了算。这条参照一断,后面算出来的效率就没有落脚点。
两条修正的顺序不能颠倒。先扣暗电流,再用校准过的光强算效率;反过来做,偏差会被算进光强里,后面再扣也扣不干净。
光强那一栏的单位是 mW/cm²。1000W/m² 在这一栏要写成 100,填成 1000,效率会大出十倍。
电池面积那一栏的单位是 cm²。样片量的是受光区,不是整片玻璃的尺寸;200mm×200mm 的夹具口也不是样片面积。填大了,电流密度就小,效率跟着低。单位错一格,结果就整体差一个数量级。
两个单位都改对,同一组数据才会回到上一轮的量级。这两个框填错,后面所有修正都是白做,而且是安静地错。曲线形状看着没毛病,数字整体平移了一截。
单次扫描证明不了什么。样片在光下会升温,前几个周期的曲线通常是往下走的,等温升和散热拉平,曲线才叠在一起。自动多周期扫描把同一组条件连跑若干遍,每条曲线都留在同一个文件里。
判断稳没稳,看后几个周期的重合度,不看第一条。如果课题组的样片长期不超过几平方厘米,复现验证阶段也可以先看小型太阳光模拟器,不必按整片尺寸配机。
这一段跑完,一次复现就变成了可复现。换人、换天、换批次,只要条件不变,曲线该落在同一个位置。记录本上的条件写全了,谁来测都跑得出来。
复盘时留下的清单只有五项:接线方式、扫描模式与起终点、步长与测量间隔、暗电流是否扣除、光强与面积两个单位。五项都对过一遍,再谈数据。
清单写在实验记录本第一页,比只写在软件里管用。同系列机型按有效面积和用途分列,太阳光模拟器产品中心里可以按尺寸逐级对照。

三项指标的分项评定结论记录在出厂检验报告中,评定方法参照 IEC 60904-9 的分级方法。报告在,数据的来路就在。
如果复现过程里还有对不上的环节,可以整理好测试条件后联系科迎法。把条件写清楚,比把问题描述清楚更有用。