量子效率测量在晶硅电池封装功率损失研究中的应用
　　摘要：本文简单介绍了量子效率测量的原理以及在太阳能电池、组件研究中的应用。通过对不同类型晶体硅太阳电池以及不同玻璃封装前后量子效率的测量，分析了不同电池和玻璃匹配对于封装前后量子效率的影响，为优化电池封装工艺，提高组件性能提供了改善方向。　　关键词：量子效率；封装功率损失　　中图分类号：TK514文献标识码：A　　0引言　　太阳能电池的检测有很多方面，不过在实际中用到最多的这伏安特性检测和量子效率检测。伏安特性检测是通过分析亮场和暗场的I-V特性可以得到，量子效率，quantum efficiency：或称光谱响应，或光电转化效率IPCE(Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency)等，广义来说，就是太阳能电池的光电特性在不同波长光照条件下的数值，所谓光电特性包括：光生电流、光导等。　　通过量子效率检测结果不仅可以清楚地得到太阳电池的光谱响应分布，而且还可以从QE计算出真实的光生电流值，即真实的短路电流值Isc，如下式（1）所示，式中PAMN(λ)为给定标准条件下大气质量为N（单位W/m2·μm）的太阳光谱辐照度，Sa(λ)为太阳能电池绝对光谱响应。所以量子效率测量太阳能研发、生产过程中各项工作都有重要指导意义。　　(1)　　晶硅太阳能电池一般不作为直接的发电元件使用，要进行一系列的组装工艺将电池密封在超白玻璃、EVA粘合剂、背板等材料中，以起到阻隔空气、水汽、污染物侵蚀和机械损伤而保证长期可用的目的。虽然超白玻璃和EVA都是透明材料，但在电池封装之后还是存在组件的实际输出功率小于电池的标称功率值之和，我们称之为封装功率损失（Cell-to-module power lose）。如果封装损失值过高，则组件输出功率较低，一方面可能不能满足客户的需求，另一方面也将使电池实际应用的功率发生折扣势必增加组件的生产成本。　　本文就是结合电池在经过不同玻璃封装之后，考察其封装前后的不同波段的量子效率变化情况，以此来验证不同玻璃对于封装功率损失的影响。　　1测量原理与实验设计　　1.1QE的测量原理　　广义上说，量子效率QE（Quantum Efficiency）是指太阳能电池产生的电子-空穴对数目与入射到太阳能电池表面的光子数目之比。太阳能电池的量子效率与太阳能电池对各个波长的光谱响应有着密切的关系。　　在有效的光谱范围内，理想情况下量子效率要么是1（E&Eg），要么是0（EEg光子也未必能被电池所吸收，假如被吸收，吸收后产生的电子-空穴对未必能有效分离，即使有效分离了也未必能被电极所收集。所以量子效率又分为外部量子效率（External Quantum Efficiency，EQE）和内部量子效率（Internal Quantum Efficiency，IQE）以分别衡量电池对光的吸收和转换的能力。　　EQE为不同波长的光照射到太阳能电池表面时，产生的电荷载流子数目与外部照射入到太阳能电池表面此波长光的光子数目之比（式2）：　　IQE内量子效率(InternalQuantumEfficiency,IQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的没有被太阳能电池反射回去的，没有透射过太阳能电池的，一定能量的光子数目之比（式3）：　　量子效率的测量是通过光强稳定的全光谱连续光源模拟太阳发出的白光，通过单色仪可以把各种波长的单色光从光谱中分离出来，不同波长的脉冲单色光照射到太阳电池样品上，太阳电池样品便产生出脉冲光电流，锁相放大器将微弱的脉冲光电流信号进行分析并通过计算机将数据处理，从而得到量子效率值。　　为了实现内量子效率测量，还需要积分球装置测量反射率的，可以通过公式2求出电池片的IQE。　　1.2实验设计　　待测样品为晶澳太阳能有限公司生产的单晶硅电池，采用的玻璃为某公司生产的普通玻璃和镀膜玻璃，EVA、背板采用相同公司产材料。　　QE测试仪器为美国PVMeasurement公司生产的QEX10型量子效率测试仪，波长范围为300～1100nm。　图1电池封装及QE测量步骤　　第一步，将电池按照功率范围标记为H、L，分别表示高、低两个功率类型，固定每片电池的测量位置，测定EQECell、IQECell；　　第二步，将两种功率类型的电池采用不同的玻璃进行封装，普通玻璃分别标记为H0、L0，镀膜玻璃标记为H1、L1；　　第三步，将上步的四组组件再次测量QE，测量位置与第一步电池的测量位置相对应，获得电池在封装之后的EQEModule、IQEModule，结合大批量生产的封装功率损失数据对前后两次测量结果进行对比。
　　2.实验分析及结果讨论　　2.1不同功率电池QE的区别　　使用QEX10对不同功率电池的局部反射率、EQE、IQE分别进行测量，结果如图2、3、4所示。　　从图2中，可以看出，虽然电池的功率略有不同，但是表面的反射率趋势基本相同，两条曲线几乎重合，说明电池表面的减反射性能可以认为是相同的，换言之就是表面织构化和等离子化学气相沉积减反膜层的叠加效果很类似；正如前文所述，图3的EQE趋势也恰恰说明了这一点，因为EQE主要受物理反射的影响。　　图2不同功率电池的表面反射率趋势　　图3不同功率电池的EQE趋势　　从图4的IQE趋势可以看出，高功率电池的IQE在340-470nm范围明显高于低功率电池，而两者在反射率和EQE上都没有明显区别，所以可以说明，两者的差异正是由于硅片本身的品质与电池环节的相关工艺匹配的最终效果的差异，可能是扩散的结深、均匀性，或者是表面、基体钝化效果的优劣。从这些方向入手，结合其他的参数测量和全面扫描技术，可以进一步缩小或确定差异的根源，进而有针对性的改进工艺路线。　　图4不同功率电池的IQE趋势　　2.1不同功率电池-玻璃组合的QE区别　　将电池与普通玻璃、镀膜玻璃封装完成之后，再次测量电池的相同位置，测量结果如图5、6、7所示。　　图5不同功率电池-玻璃组合的反射率趋势　　从图5中可以发现，相对于普通玻璃的反射率趋势，镀膜玻璃封装的任何功率电池全波段反射率都有不同程度的降低，尤其在420-1020nm范围降低最为明显，且高功率组件在620-1020nm范围比低功率组件的降低更为明显，鉴于电池在全波段的反射率趋势并没有明显差异，故推测此区别受玻璃减反层的均匀性以及层压的效果影响。而且，两种镀膜玻璃封装的组件在低于450nm波长的反射率差异已经很小。　　图6不同功率电池-玻璃组合的EQE趋势　　从图6来看，组件对于450nm以下的紫色光和近紫外光的相应随着波长减小而急剧降低，这是由于玻璃和EVA两种封装材料具有对这部分光存在较高的吸收能力。EQE的测量结果也显示使用普通玻璃的两种功率组件几乎没有差异，相对于此的镀膜玻璃，高功率组件在450-900nm范围内EQE的提升幅度明显略高于低功率组件，此波段是晶硅电池光谱响应相对最高的部分。　　结合以上两点结论和表1中的封装功率损失数据，可以确定镀膜玻璃确实对于封装功率损失的降低起到了主要作用，而作用的渊源来自于对入射光的增透和EQE的提升。　　前文描述了高功率电池的IQE在340-470nm波段明显高于低功率电池，而更低、更高的波段差异都很小；但从组件IQE的测量结果来看（图7），类似于EQE的趋势特点，450nm以下的短波区已经没有明显差异，所以高功率电池的这部分优势在封装成组件之后已经基本不存在。而从其他波段来看，镀膜玻璃对于IQE反而有不同程度的降低，推测由于EQE提升增加了电池吸收的光子数Photonsabsorb，但是由于缺陷复合、能级跃迁的影响，产生的载流子数Electrons随电池吸收的光子Photonsabsorb的增加呈指数趋势增加，ΔElectrons＜ΔPhotonsabsorb，转换成空穴-电子对的能力接近饱和，所以表现为IQE不升反降。而高功率组件的IQE降低幅度低于　　图7不同功率电池-玻璃组合的IQE趋势　　低功率组件，是否是硅片品质或钝化质量的影响，还需要进一步考察和试验验证。　　表1不同功率电池-玻璃组合的封装功率损失　　结合上述结论和表1中的数据分析得知，电池的封装功率损失应为全波段EQE和IQE叠加的结果，短波区域光的能量高，对于电池功率的贡献较大，但对组件功率的贡献很小，所以这部分可能是高功率电池封装功率损失偏高的原因之一。　　3结论　　本文介绍了QE测量在太阳电池和组件研究中的应用。通过对晶体硅太阳电池及其组件量子效率的测量，分析了不同电池功率和玻璃组合对于电池、组件量子效率的影响，并结合组件的封装功率损失，分析了损失的其中一个根源，确定了镀膜玻璃在降低封装功率损失方面的作用，为优化电池封装工艺，提高组件性能提供了改善方向。　　目前，QE的测量也存在其弊端，例如可以分析的位置仅仅为光斑的区域，不能实现全电池的扫描，不能直接转换成电池功率等直观参数，以及测量结果受电池、组件表面洁净度的影响较大，所以深入研究还需要辅以Voc、LBIC以及数学计算等手段来进行。但在确定不同电池或工艺在光谱各部分响应优劣势中，QE测量还不失为一种有效手段。　　版权声明：凡注明“Solarzoom”来源的文字、图片、图表与音频资料等资料，版权均属Solarzoom光伏太阳能网所有。任何媒体、网站或个人未经本网协议授权不得全部或者部分转载、链接、转帖或以其他方式复制发布/发表。经本网许可后转载务必请注明“Solarzoom光伏太阳能网”来源，违者本网将依法追究责任。联系电话：(021)，邮箱：，投稿QQ：。
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&对量子测量问题的一种解释或解决
对量子测量问题的一种解释或解决
我并不知道我的观点究竟只是一种解释，还是对问题的解决。说“解释”呢，是因为它只是利用量子理论的一些基本假设（当然除了测量假设）所做的推导，换句话说，量子测量假设不是一条独立的假设。说“解决”呢，是因为这个观点可能会结束关于量子理论的许多争论。
学过量子力学的人大概都知道那个神秘的“态塌缩”概念，它是以玻尔为首的学派所提出的“哥本哈根诠释”对测量问题的解释。“态塌缩”的引入，或者说量子测量假设的提出原则上“承认”了一种非幺正过程的存在，这明显与量子理论幺正演化假设是矛盾的。但是，量子测量假设却与实验结果是吻合的，没有哪个测量实验能够给出一个“量子叠加态”。
近些年来，“退相干”的思想变得越来越重要。它的基本要素是“开放系统”，即自然界中几乎没有一个孤立的系统，当然整个宇宙可能除外。关于退相干的历史，我了解的并不多，只是知道它与Everett的“多世界诠释”有关。退相干的推广可能要归功于一个叫Zurek的人，尤其是他提出了一种“environment-induced superselection”机制，尝试解释量子测量问题。简单说，首先一个测量仪器与一个量子系统发生作用，我们可以通过仪器的指示读出测量后系统所处的状态，这实际上是说仪器与系统之间建立了“关联或纠缠”。当然，这里我们把仪器也作为一个量子体系来看待，只是它在我们眼中显得“更经典”而已。当把这个测量过程放到一个大的环境中时，环境与仪器的作用会导致仪器处于确定的状态上，我们根据仪器的确定状态就可以读取测量后量子体系的状态。具体的细节，有兴趣的读者可以参看Zurek的一篇题为“Decoherence and the Transition from Quantum to Classical – Revisited”的介绍性文章。总而言之，这种机制是说，环境“选择”了仪器的状态，从而得出确定的测量结果。当然经过多次测量，我们就可以得出相应结果的几率。
Zurek的机制不是完美的，它也存在很多“专业性”的毛病，比如利用“partial trace”得出几率的方法利用了“循环论证”。也就是说，这个机制实际上是对环境进行了测量，这根本没有解决测量问题。其它的一些问题，有兴趣的读者可以参阅下面要提到的我的文章。尽管Zurek的机制并没有解决测量问题，但是退相干的思想却是极其重要的，因为它提供了一种“从幺正中得出非幺正”的方法。上面提到的partial trace是其中的一种，但并不是唯一的一种。我的工作就是提出另一种退相干的方法，从而尝试解释测量问题。
说的再简单些，退相干实际上给我们提供一种对系统的“粗粒化（coarse grained）”的近似描述。这种近似的原因是，我们无法精确地跟踪大量粒子（或自由度）的演化。在Zurek的机制中，环境提供了大量的我们无法描述的自由度，通过partial trace，我们可以将这些自由度忽略掉。那么是否存在另外一种“忽略”的方法呢？
为了让读者更清晰地理解我的方法，我举一个简单易懂的例子。一根长长的水管，当我们远远地看着它的时候，它看起来只是“一条线”；只有当我们走近去看它，它的另一个维度才显现出来。这就是说，同一个根管子，当观察的条件不同时，我们给出的描述是不同的。很明显，远处观察得出的描述是近处观察得出描述的一种“粗粒化”近似，即另外一个维度被忽略了。与partial trace不同，这种忽略不是我们“没有任何缘由地”将那个维度给trace掉，而是源于我们观察条件的限制。
现在，我们回归正题，尝试描述一个开放系统，即一个量子系统与它的环境组成的封闭系统。原则上说，这种封闭系统在所有的幺正演化下是“遍历（ergodic）”的，即从某一个状态开始演化，我们可以得到任何一个状态。这相当于我们从“近处”观察这个封闭系统，观察条件是所有的幺正演化。那么，如果我们仅仅依靠一部分幺正演化呢？显然，这次观察条件降低了，相当于我们从“远处”观察同一个封闭系统。答案是明显的，我们一定会得到一个关于封闭系统的粗粒化近似。这就是我的工作的核心思想，即找到那部分幺正演化可以描述量子测量。这部分演化所依赖的条件就是[O,U]=0，其中O是观测量，U是演化算符。将所有满足这个条件的幺正演化组成一个群G，利用它就可以给出封闭系统（其中环境是测量仪器）的粗粒化描述。由于群G很难被描述，通过引入一种random phase幺正算符，我们可以得到另一个有效的群G’。这实际上是一次进一步的random phase近似。简单说，幺正演化中会存在相位因子。当存在大量的幺正演化时，这些相位因子的细节我们将无法精确考察，只能进行随机化处理，这种随机化得作用就相当于partial trace。通过这两次近似，我们可以构造出不依赖random phase的密度算符，从而得到测量所得的统计系综。
具体的细节，可以参看我的文章。其中利用了一些比较抽象的数学描述，比如等价类，商空间等等，但基本思想还是很容易理解的。文章结论是，量子测量的确定结果或统计系综是由仪器中所包含的大量自由度引起的，它们与被测量的系统进行着我们无法精确跟踪的相互作用。因此“远远”地看，我们只是看到了仪器的表观所指示的状态。另外，宏观系统中大量的自由度也可以用来解释为什么它们大都显得是“经典的”，原因也是我们只是“远远”地看；而我们只能“远远”地看的原因是，我们自己也是由大量自由度组成的宏观系统，详见我的文章。
总的说来，我的工作对整个量子测量问题以及宏观系统的经典性质给出了一种全局性的考察。其基本思想是退相干，核心思想是“观察条件”的不同导致描述的不同。如此，量子测量假设并不是独立的假设，而只是其它假设的推论以及近似（退相干）而已。
哈是一新大师的文章。。。^_^
引用回帖:: Originally posted by metaliium at
哈是一新大师的文章。。。^_^ 谬赞啦，只是提出自己的一些想法罢了，
犹记得一新大师讲课风采
对量子科学部了解，帮顶
引用回帖:: Originally posted by xichangzjw at
对量子科学部了解，帮顶
mark, 不明觉厉~~
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在量子力学公设中，测量到底是什么意思？为什么测量公设说明单次测量必然导致波函数坍塌到一个本征态上去？
我用的是张永德的书
一个量子态一般由许许多多个可能的态叠加而成，当你测量一个电子的自旋，它要么向上，要么向下，而不可能再“既向上又向下”，此时它的量子态就从叠加态向某一个本征态坍塌。
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楼上怎么成乱码了。二楼的意思我明白，可是它能在五个公设中体现出来吗？
测量公设说了物理量的平均值，却没反应单次测量为什么要坍塌
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测量是人类认识自然界的唯一方式（窗口）。如果我们反复做同一个实验（同个物理态）， 最后的实验结果不相同， 我们通过某种数学方式归结于态的不确定性（波函数）。 我们认识到一个物理态的某种力学量的值可能是不确定的。 但是测量的目的是为了知道物理态的某种力学量的值。 所以我们必须认定测量的结果就是这个物理态的某种力学量的值（否则我们怎么认识自然界呢）。 一方面， 我们认识到一个物理态的某种力学量的值可能是不确定的（通过反复做同一个实验）， 另一方面， 我们又认定测量的结果就是这个物理态的某种力学量的值。所以在测量后， 物理状态必然发生了改变。 这就是所谓的“波函数坍塌”。
突然有感觉了，我这么说不知道对不对……在一般的量子的书前面都先讲一维定态，举个例子，求出的能量只能取离散的，这里的含义是能量的测量结果只能是离散的，不测量的话就不一定了
就会出现能量的本征态
也就是你求的那些
但是态不一定是那些能量本征态
可以是能量本征态的任意线性叠加
也就是形如
a1 ψ1 + a2 ψ2 + ... 之类如果你测量位置
就会出现位置本征态 就是在x'处的δ函数
显然能量本征态可以表示成位置本征态的叠加（ψ作为“波函数”本来就是用ψ(x)来描述的嘛）
位置本征态也可以表示成能量本征态的叠加任意一个态都可以表示为任意一个厄米算符的本征态的叠加
就是靠给定正交的基底
也就是傅里叶变换的思想的推广（推广到sin cos以外）
一旦测量某物理量，波函数也会由原来的叠加态塌缩成某一本征态吗？
未测量时，波函数按照薛定锷方程演化，一旦测量，波函数就坍塌到某个特定的态，波函数所能够坍塌到的这些态，就是力学量所对应的本征态，该本征态的本征值就是你一次测量的结果，测量完成后，播函数会再次”伸展开”，过一段时间后（如果连续测量两次，波函数会没有足够的时间展开到原先的样子，所以两次会得到一样的值）再次测量将重复上一次的过程（但结果却不一定和上次相同）。无论你测量位置、能量或是动量，都会导致波函数坍塌。
恩，大概明白意思了。其实本来我知道它的数学描述，只是不清楚里面的物理过程是怎样的。
因为书上都是具体问题的求解，得到波函数能量什么的，但却对具体的物理过程讲的很少
测量，需要仪器吧，仪器是物质吧。既然是物质，就是由粒子构成的，既然是粒子就会和测量粒子产生相互作用。既然产生相互作用，被测粒子自然会变成某个具体的状态。
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为什么显示的点击数比里面的直通车流量数高一倍多？这是什么情况？坑人么？
没研究过这个问题，有检查手机端流量么？
又开始瞎琢磨了，量子不准确，或者说你没有看到时间。
你选择今天的量子，直通车显示3天的点击，等等，反正没有必要把心思花在这个上面。你发帖想说什么。直通多扣你钱了。一句话不可能
我出价1块，扣1.3，淘宝也说不会的
我的也是额，量子显示就200，直通车实时更新看到是308.太恐怖了，现在养词一个2块多，如果多出100多那就是多花了200多的冤枉钱。打电话给直通车也是没用的，他会说是量子不准确。反正就是不用跟你解释太多。
我也在郁闷这个事，在量子里面看到34个点击，实时访问里面看到也34，直通车里面看到145个点击。。。打电话问客服，他说有部分是手机点的，但手机功能没上线之前就这样，然后她又说量子和直通车统计方式不一样，以前老版直通车和量子里面基本上能对上，从新版出来以后发现的问题，如果真是统计方式有差异，我更相信量子一些。。。相当无语，完全不透明消费。。在淘宝面前我们就是弱势群体，他们说怎样就怎样的。。。
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