一文看懂光电转化效率计算方法

　　光电转化效率简介

　　光电转化效率，即入射单色光子-电子转化效率（monochromaticincidentphoton-to-electronconversionefficiency，用缩写IPCE表示），定义为单位时间内外电路中产生的电子数Ne与单位时间内的入射单色光子数Np之比。

　　光电转化效率的公式

　　从电流产生的过程考虑，IPCE与光捕获效率（lightharvestingefficiency）LHE（l）、电子注入量子效率finj及注入电子在纳米晶膜与导电玻璃的后接触面（backcontact）上的收集效率fc三部分相关。见公式：

　　IPCE（l）=LHE（l）′finj′fc=LHE（l）′f（l）

　　其中finj′fc可以看作量子效率f（l）。由于0￡LHE（l）￡1，所以对于同一体系，IPCE（l）￡f（l）。两者相比，IPCE（l）能更好地表示电池对太阳光的利用程度，因为f（l）只考虑了被吸收光的光电转化，而IPCE（l）既考虑了被吸收光的光电转化又考虑了光的吸收程度。譬如，若某电极的光捕获效率为1%，而实验测得量子效率f（l）为90%，但其IPCE（l）只有0.9%。作为太阳能电池，必须考虑所有入射光的利用，所以用IPCE（l）表示其光电转化效率更合理；作为LB膜或自组装膜敏化平板电极的研究主要用来筛选染料而不太注重光捕获效率，所以常用f（l）表示光电转化效果。在染料敏化太阳能电池中，IPCE（l）与入射光波长之间的关系曲线为光电流工作谱。

　　太阳能电池板转换效率计算公式

　　光照强度—以AM1.5为标准，即1000W/m2

　　暗电流比例—Irev》6电池片所占比例

　　低效片比例—P156Eff《14.5%电池片所占比例

　　太阳能电池片功率计算公式

　　电池片制造商在产品规格表中会给出标准测试条件下的太阳电池性能参数：一般包括有短路电流Isc;开路电压Voc;最大功率点电压Vap;最大功率点电流Iap;最大功率Pmpp;转换效率Eff等。标准测试条件下，最大功率Pmpp与转换效率之间有如下关系：

　　Pmpp=电池面积（m2）*1000（W/m2）*Eff举例如下：

　　产品类型转化效率（%）功率（W）

　　单晶125*125152.22855

　　单晶156*156153.58425

　　多晶125*125152.34375

　　多晶156*156153.6504

　　注1：测试条件符合AM1.5太阳光谱的辐照强度1000W/m2，电池温度25℃，测试方法符合IEC904-1，容许偏差Efficiency±5%REL。

　　符合IEC904-1，容许偏差Efficiency±5%REL。

　　注2：AM1.5

　　AM是airmass的简称，意思是大气质量。

　　AM1.5是一种条件，它描述太阳光入射于地表之平均照度，其太阳总辐照度为1000W/m2;太阳电池的标定温度为25±1℃。

　　注3：IEC904-1

　　IEC：国际电工委员会，internationalelectrotechnicalcommission。

　　IEC904等同于GB/T6495。

　　注4：REL：rateofenergyloss能量损耗率

　　光电转化效率（IPCE）的电流产生的过程

　　PCE与光捕获效率（lightharvestingefficiency）LHE（l）、电子注入量子效率finj及注入电子在纳米晶膜与导电玻璃的后接触面（backcontact）上的收集效率fc三部分相关。见公式：

　　IPCE（l）=LHE（l）*finj*fc=LHE（l）*f（l）

　　其中finj′fc可以看作量子效率f（l）。由于0￡LHE（l）￡1，所以对于同一体系，IPCE（l）￡f（l）。两者相比，IPCE（l）能更好地表示电池对太阳光的利用程度，因为f（l）只考虑了被吸收光的光电转化，而IPCE（l）既考虑了被吸收光的光电转化又考虑了光的吸收程度。譬如，若某电极的光捕获效率为1%，而实验测得量子效率f（l）为90%，但其IPCE（l）只有0.9%。作为太阳能电池，必须考虑所有入射光的利用，所以用IPCE（l）表示其光电转化效率更合理；作为LB膜或自组装膜敏化平板电极的研究主要用来筛选染料而不太注重光捕获效率，所以常用f（l）表示光电转化效果。在染料敏化太阳能电池中，IPCE（l）与入射光波长之间的关系曲线为光电流工作谱。