PLQY 與 QFLS深入解析：預(yù)測(cè)光伏材料 iVoc 與 Pseudo J–V 極限

引言

隨著新穎光伏材料（如鈣鈦礦太陽(yáng)能電池、有機(jī)光伏(OPV)）的快速崛起，如何在早期研究階段即評(píng)估材料的理論極限性能成為各研究機(jī)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)界的重要議題。傳統(tǒng)評(píng)估太陽(yáng)能電池性能的方式是制作完整器件并測(cè)量其J-V曲線，然而，此方式往往受到器件制備步驟、接口缺陷、接面質(zhì)量、電阻損耗、封裝穩(wěn)定度等多重因素影響，無(wú)法快速與純粹地探究材料本質(zhì)之潛勢(shì)。

近年來(lái)，一種以光致發(fā)光(Photoluminescence，PL)測(cè)量為基礎(chǔ)，透過(guò)取得光致發(fā)光量子產(chǎn)率(PLQY)并推演準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂(Quasi-Fermi Level Splitting， QFLS)的方法，已逐漸成為新型太陽(yáng)能材料研究的重要工具。QFLS與預(yù)測(cè)出的iVoc（implied Open-Circuit Voltage）及pseudo J-V曲線，可作為材料內(nèi)在極限性能的快速指針，有助于在材料研發(fā)初期識(shí)別具高潛力的組合，并為后續(xù)器件優(yōu)化提供方向。

本篇文章將首先介紹相關(guān)學(xué)術(shù)理論基礎(chǔ)、PLQY與QFLS之間的推導(dǎo)方法、QFLS對(duì)iVoc及pseudo J-V預(yù)測(cè)的意義。同時(shí)，我們將討論優(yōu)異的QFLS測(cè)量設(shè)備如何透過(guò)精準(zhǔn)的光學(xué)與電學(xué)設(shè)計(jì)，協(xié)助研究者快速取得可靠的QFLS數(shù)據(jù)，并在光強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍、檢測(cè)靈敏度、波長(zhǎng)適用范圍與數(shù)據(jù)重現(xiàn)性等方面展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。

學(xué)術(shù)理論基礎(chǔ)——從PLQY到QFLS與iVoc

1. PLQY 與半導(dǎo)體載子復(fù)合機(jī)制深入探討

在太陽(yáng)能電池材料中，光子入射后產(chǎn)生電子-電洞對(duì)（e-h pairs）是光電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)。這些載子在基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的分布，可藉由費(fèi)米-狄拉克分布（Fermi-Dirac distribution）及詳細(xì)平衡（Detailed Balance）理論進(jìn)行描述。詳細(xì)平衡理論假設(shè)在穩(wěn)態(tài)條件下，所有激發(fā)和弛豫過(guò)程均達(dá)到平衡，這對(duì)于理解載子行為非常重要。

圖片來(lái)源：(a) Normalized absorption and emission spectra and (b) results for the... | Download Scientific Diagram

載子復(fù)合機(jī)制主要分為輻射性復(fù)合（Radiative Recombination）與非輻射性復(fù)合（Non-radiative Recombination）兩大類。

輻射性復(fù)合是指電子與電洞復(fù)合時(shí)釋放出光子的過(guò)程，其速率受材料的基本能隙與輻射特性所限制。輻射性復(fù)合可由以下方程序描述：
Rrad = Bnp

其中，Rrad為輻射復(fù)合率，B 為輻射復(fù)合系數(shù)，n 和 p 分別為電子和電洞的濃度。此處的 B 系數(shù)通常與材料的本質(zhì)特性相關(guān)。

此外， Shockley-Read-Hall (SRH) 理論在此也扮演重要角色，SRH 理論指出當(dāng)材料中存在缺陷或雜質(zhì)時(shí)，載子會(huì)被捕捉到這些缺陷態(tài)，然后再發(fā)生輻射性復(fù)合。

非輻射性復(fù)合，則指電子與電洞復(fù)合時(shí)，能量以熱或聲子等形式釋放，而不產(chǎn)生光子。

非輻射復(fù)合主要由以下幾種機(jī)制主導(dǎo)：

• 缺陷態(tài)（Dangling bonds， Trap states）： 材料中存在的懸鍵、晶格缺陷等會(huì)形成陷阱態(tài)，載子被捕獲后會(huì)通過(guò)多聲子發(fā)射等非輻射途徑復(fù)合。這類復(fù)合過(guò)程可使用 SRH 理論加以描述，其復(fù)合率為：
  RSRH = (np - ni²) / (τp(n+n1) + τn(p+p1))
  

  其中，τn 和 τp 分別為電子和電洞的生命周期，n1 和 p1 為與缺陷態(tài)相關(guān)的載子濃度。此公式描述了缺陷態(tài)如何影響非輻射性復(fù)合速率。

  

• 俄歇（Auger）復(fù)合： 在高載子濃度下，一個(gè)電子-電洞對(duì)復(fù)合時(shí)，能量會(huì)轉(zhuǎn)移給第三個(gè)載子，使其激發(fā)到更高的能階，然后再以非輻射的方式弛豫。Auger 復(fù)合的速率與載子濃度的三次方成正比：
  RAuger = Cnn²p + Cpnp²

  其中，Cn 和 Cp 分別為電子和空穴的 Auger 復(fù)合系數(shù)。在高注入情況下，Auger 復(fù)合會(huì)成為主要的非輻射復(fù)合途徑。

  

PLQY 的定義與量化

PLQY 的定義如下：
PLQY = Rrad / G

其中，G 為入射光子產(chǎn)生載子的速率。

更進(jìn)一步的，PLQY 可以表示為輻射復(fù)合率與總復(fù)合率的比值：
PLQY = Rrad / (Rrad + Rnon-rad)

其中，Rnon?rad 為非輻射復(fù)合速率，包含 SRH 和 Auger 復(fù)合等。

透過(guò)測(cè)量 PLQY，我們可量化輻射與非輻射復(fù)合的相對(duì)比例。高 PLQY 值意味著材料中輻射復(fù)合通道占優(yōu)勢(shì)，非輻射復(fù)合通道相對(duì)較少。這表明材料質(zhì)量?jī)?yōu)異，載子壽命較長(zhǎng)，光電轉(zhuǎn)換效率也相對(duì)較高。特別是在太陽(yáng)能電池應(yīng)用中，高 PLQY 代表著材料具有更高的理論開路電壓（Voc）上限潛力，因?yàn)檩^少的非輻射復(fù)合損失會(huì)帶來(lái)更高的 Voc。

PLQY 的重要性與應(yīng)用

• 材料質(zhì)量評(píng)估： PLQY 是評(píng)估半導(dǎo)體材料質(zhì)量的重要指針。高 PLQY 代表材料結(jié)構(gòu)缺陷少，能有效轉(zhuǎn)換光能。

• 器件性能優(yōu)化： 在太陽(yáng)能電池、LED 等光電器件中，PLQY 的提升直接關(guān)乎器件的效率。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化材料制備條件，以獲得更高的 PLQY 是研究的關(guān)鍵方向。

• 非輻射損失分析： PLQY 的測(cè)量結(jié)果可以幫助研究者理解材料中的非輻射損失機(jī)制，從而針對(duì)性地提出改善材料和器件性能的方案。例如，通過(guò)表面鈍化、晶格工程等技術(shù)可以減少非輻射復(fù)合中心，提高 PLQY。

• 量化分析： 藉由改變激發(fā)功率，我們可以得到材料的輻射復(fù)合與非輻射復(fù)合的相關(guān)信息，進(jìn)一步探討缺陷態(tài)或是其他非輻射損失機(jī)制。

總而言之，PLQY 不僅是衡量發(fā)光效率的指標(biāo)，更是深入理解半導(dǎo)體材料中載子動(dòng)力學(xué)與復(fù)合機(jī)制的關(guān)鍵工具。對(duì)于研究人員來(lái)說(shuō)，掌握 PLQY 的測(cè)量與分析方法，是開發(fā)高效光電器件和探索新型半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)。

2. 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂（QFLS）理論基礎(chǔ)

在熱平衡狀態(tài)下且無(wú)外加電壓時(shí)，半導(dǎo)體材料內(nèi)的電子和電洞處于相同的費(fèi)米能級(jí)（Fermi Level， EF）。

這表示系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡，載子分布遵循單一的費(fèi)米-狄拉克分布。然而，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照激發(fā)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的電子和電洞，此時(shí)電子和電洞不再共享同一費(fèi)米能級(jí)，而是分別建立各自的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)（Quasi-Fermi Levels），分別為電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) (EFn) 和電洞準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) (EFp)。

準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的概念是為了描述非平衡狀態(tài)下載子分布而引入的。在光激發(fā)下，電子和電洞的濃度遠(yuǎn)離熱平衡值，因此無(wú)法用單一的費(fèi)米能級(jí)來(lái)描述。電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) (EFn) 代表著電子系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì)，而電洞準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) (EFp) 代表著電洞系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì)。兩者之間的差值，即準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂 (ΔEF)，定義為：
ΔEF = EFn - EFp

這個(gè)準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂 ΔEF 直接關(guān)聯(lián)到半導(dǎo)體材料在光照下的電壓響應(yīng)。

在理想情況下，一個(gè)高效的光伏器件所能達(dá)到的開路電壓 (Voc) 與 QFLS 密切相關(guān)。

圖片來(lái)源: Pseudo-JV and efficiency potential a Intensity-dependent quasi-Fermi... | Download Scientific Diagram

然而，當(dāng)有光照（光激發(fā)）時(shí)，就像有源源不斷的雨水注入這個(gè)水庫(kù)系統(tǒng)。光子激發(fā)產(chǎn)生了額外的電子和電洞，這使得我們需要將水庫(kù)系統(tǒng)區(qū)分為兩個(gè)獨(dú)立的水庫(kù)：一個(gè)是電子水庫(kù)（對(duì)應(yīng)電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) EFn），另一個(gè)是電洞水庫(kù)（對(duì)應(yīng)電洞準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) EFp）。

• 費(fèi)米能級(jí) (EF)： 就像一個(gè)「共享水庫(kù)」，代表著在熱平衡狀態(tài)下，電子和電洞共同的能量水平。水位是靜止的，沒(méi)有能量差。

• 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) (EFn 和 EFp)： 就像兩個(gè)「獨(dú)立水庫(kù)」，分別代表著在光照下，電子和電洞各自的能量水平。光照越強(qiáng)，注入的水越多，水庫(kù)的水位就越高。

• 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂 (ΔEF=EFn?EFp)： 代表電子水庫(kù)和電洞水庫(kù)之間的水位高度差，這個(gè)水位差決定了光伏器件能產(chǎn)生多少電壓。

QFLS 與開路電壓 (Voc) 的關(guān)系：電壓的「水位差」

現(xiàn)在，我們把準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂 ΔEF 想象成兩個(gè)水庫(kù)之間的水位差。

電子水庫(kù) (EFn) 的水位較高，而電洞水庫(kù) (EFp) 的水位較低。當(dāng)我們讓水從高水位流向低水位時(shí)（對(duì)應(yīng)載子從電子側(cè)流向電洞側(cè)），就會(huì)釋放出能量，這個(gè)能量就轉(zhuǎn)化為電壓。

理想情況下的開路電壓 (Voc，ideal) 近似于這個(gè)「水位差」 (ΔEF) 除以電子電荷 (q)，就像計(jì)算水力發(fā)電時(shí)，水頭高度對(duì)電壓的影響:
Voc,ideal ≈ ΔEF / q = (EFn - EFp) / q

QFLS 與開路電壓 (Voc) 的關(guān)系：

理想情況下的開路電壓 (Voc) 近似于準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂 (ΔEF) 除以電子電荷 (q)：

這個(gè)關(guān)系式源于半導(dǎo)體光伏器件的詳細(xì)平衡分析（Detailed Balance Analysis），也就是廣為人知的 Shockley-Queisser 理論框架。詳細(xì)平衡理論指出，在穩(wěn)態(tài)條件下，所有入射光子產(chǎn)生的載子必須與所有復(fù)合過(guò)程所消耗的載子達(dá)到平衡。而費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)則描述了電子和電洞在各能階的分布情況。

以下詳細(xì)說(shuō)明 QFLS 如何與 Voc 產(chǎn)生關(guān)聯(lián)：

• 光激發(fā)下的載子濃度： 光照下產(chǎn)生過(guò)量的電子和電洞，導(dǎo)致電子濃度 (n) 和電洞濃度 (p) 分別遠(yuǎn)離熱平衡值 (n0 和 p0)。

• 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的定義： 載子濃度與準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的關(guān)系可以由以下方程序描述：
  n = Nc exp((EFn - Ec) / (kBT))
  p = Nv exp((Ev - EFp) / (kBT))其中，Nc 和 Nv 分別為導(dǎo)帶和價(jià)帶的有效態(tài)密度，Ec 和 Ev 分別為導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂?shù)哪芰浚琸B 為波茲曼常數(shù)，T 為溫度。

  

• 開路條件： 開路條件下，光生電流等于暗電流，即沒(méi)有凈電流流出器件。在此條件下，PN 接面的電壓會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的值，這就是開路電壓 (Voc)。

• 與能帶彎曲的關(guān)聯(lián)： 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂 ΔEF 與 PN 接面區(qū)域的能帶彎曲直接相關(guān)。在開路條件下，PN 接面的能帶會(huì)發(fā)生彎曲，直到電子和電洞的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)之間的差值等于接面上的電位差，也就是 Voc。

• 詳細(xì)平衡的限制： 根據(jù)詳細(xì)平衡原理，光伏器件的開路電壓 (Voc) 受輻射復(fù)合的限制。當(dāng)非輻射復(fù)合占主導(dǎo)地位時(shí)，實(shí)際的 Voc 會(huì)遠(yuǎn)低于理想的 Voc 值，因此高 PLQY 材料在理想情況下有較高的 Voc 潛力。

QFLS 的重要性：

• 理論上限： QFLS 值越高，代表著在理想接面中有機(jī)會(huì)獲得更高的開路電壓 (Voc)。因此，QFLS 是評(píng)估光伏材料和器件性能的關(guān)鍵參數(shù)。

• 材料性能評(píng)估： QFLS 可以反映材料在光照下的載子分離能力，高的 QFLS 值通常意味著材料具有更好的光電轉(zhuǎn)換性能。

• 器件設(shè)計(jì)： 通過(guò)調(diào)控材料的能帶結(jié)構(gòu)和載子濃度，可以有效地提升 QFLS，從而提高器件的效率。例如，高摻雜可以提高載子濃度，但也會(huì)增加非輻射復(fù)合，因此需要仔細(xì)優(yōu)化。

• 實(shí)驗(yàn)測(cè)量： 透過(guò)光激發(fā)的能譜或電壓響應(yīng)可以測(cè)量到材料的 QFLS，藉此評(píng)估材料的效能。

總之，準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂（QFLS）是理解非平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體光電響應(yīng)的關(guān)鍵概念。它與理想開路電壓 (iVoc) 有著直接的關(guān)聯(lián)，是衡量光伏材料和器件性能的重要指針。

3. Pseudo J-V曲線之預(yù)測(cè)：一個(gè)理想化的藍(lán)圖

我們可以將 Pseudo J-V 曲線比喻成一位「優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員」，他擁有優(yōu)秀的體能，沒(méi)有傷病，能夠發(fā)揮出全部的潛力。而實(shí)際的器件就像「現(xiàn)實(shí)的運(yùn)動(dòng)員」，他們可能會(huì)受到傷病、疲勞、環(huán)境等各種因素的影響，無(wú)法達(dá)到「頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員」的表現(xiàn)。Pseudo J-V 曲線就像是「頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員」的成績(jī)單，它給了我們一個(gè)明確的目標(biāo)，讓我們知道「現(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)員」可以進(jìn)步的方向。

因此也可以把 Pseudo J-V 曲線想象成一個(gè)「頂級(jí)光伏器件」的性能藍(lán)圖。它不是我們實(shí)際測(cè)量到的 J-V 曲線，而是基于材料的內(nèi)在特性（如 QFLS）和理想化的二極管模型所推導(dǎo)出的理論曲線。這個(gè)曲線假設(shè)器件沒(méi)有界面缺陷、沒(méi)有串聯(lián)和并聯(lián)電阻損失，以及沒(méi)有其他非理想效應(yīng)。簡(jiǎn)而言之，它是一個(gè)「如果所有條件都達(dá)到頂級(jí)」的器件性能預(yù)測(cè)。

透過(guò)將iVoc、理想光生電流和理想化的飽和電流密度(J0)等參數(shù)代入，可獲得pseudo J-V曲線，用以評(píng)估材料之理論極限效能并與實(shí)際器件J-V比較，協(xié)助研究者辨識(shí)實(shí)務(wù)中損失的來(lái)源。

Pseudo J-V 曲線的構(gòu)建：基于 QFLS 和理想二極管方程式

Pseudo J-V 曲線的構(gòu)建基于以下幾個(gè)關(guān)鍵要素：

理想開路電壓 (Voc，ideal)： 如前所述，理想開路電壓 (Voc，ideal) 與準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂 (ΔEF) 有著直接的關(guān)聯(lián)：
Voc,ideal ≈ ΔEF / q = (EFn - EFp) / q

這個(gè) Voc，ideal 代表了器件在開路條件下，電壓的理論上限，是 Pseudo J-V 曲線的起始點(diǎn)。

• 理想光生電流密度 (Jph，ideal)：
  這代表了在短路條件下，器件能夠產(chǎn)生的最大電流密度。在 Pseudo J-V 曲線中，我們假設(shè)所有入射光子都產(chǎn)生了可被收集的載子，因此 Jph，ideal 反映了材料的光吸收能力和載子收集效率。
  在實(shí)際情況中，Jph 可以使用吸收系數(shù)和入射光譜估計(jì)出來(lái)。

• 理想飽和電流密度 (J0)：
  理想飽和電流密度 (J0) 代表了二極管在黑暗條件下，反向偏壓時(shí)的泄漏電流。在理想二極管模型中，這個(gè)電流密度是由材料本身的熱平衡載子濃度和復(fù)合機(jī)制決定的。J 0 可以用以下公式表示：
  J0 = AeT² exp(-(Eg / (kBT)))

  
  

  

  其中，Ae 是 Richardson 常數(shù)，T 是絕對(duì)溫度，Eg 是半導(dǎo)體的能隙，kB 是波茲曼常數(shù)。

• 理想二極管方程式： Pseudo J-V 曲線是基于理想二極管方程式推導(dǎo)出的。理想二極管方程式描述了電流密度 (J) 與電壓 (V) 之間的關(guān)系：
  J = J0 * (exp((qV) / (kBT)) - 1) - Jph,ideal這個(gè)方程式描述了在理想情況下，光伏器件的電流電壓特性，其中 q 是基本電荷，kB 是波茲曼常數(shù)，T 是絕對(duì)溫度。

  

藉由將以上三個(gè)參數(shù)帶入理想二極管公式，我們可以得到一條在理想情況下的電流-電壓曲線。

Pseudo J-V 曲線的應(yīng)用：理論與現(xiàn)實(shí)的對(duì)照

Pseudo J-V 曲線的最大價(jià)值在于，它可以作為一個(gè)基準(zhǔn)，讓我們?cè)u(píng)估實(shí)際器件性能與理論極限之間的差距。通過(guò)比較實(shí)際測(cè)量的 J-V 曲線與 Pseudo J-V 曲線，我們可以識(shí)別出實(shí)務(wù)中損失的來(lái)源：

• 界面缺陷： 實(shí)際器件的界面缺陷會(huì)導(dǎo)致非輻射復(fù)合，降低 PLQY 和 Voc，使實(shí)際 J-V 曲線偏離 Pseudo J-V 曲線。

• 串聯(lián)電阻損失： 實(shí)際器件中的串聯(lián)電阻會(huì)限制電流的流動(dòng)，導(dǎo)致 J-V 曲線在較高電流密度下「下垂」。

• 并聯(lián)電阻損失： 實(shí)際器件中的并聯(lián)電阻會(huì)導(dǎo)致漏電流，影響低電壓下的性能。

• 光照不均勻性： 實(shí)際光照往往不均勻，這會(huì)影響電流的產(chǎn)生。

• 非理想接觸： 電極接觸通常不是理想的，會(huì)影響載子注入與收集效率

Pseudo J-V 曲線不僅是一個(gè)理論工具，更是一個(gè)實(shí)用的指導(dǎo)方針。它幫助我們：

• 理解材料的理論潛力： 通過(guò) QFLS 和理想二極管方程式，我們可以預(yù)測(cè)材料在優(yōu)秀條件下的性能。

• 識(shí)別性能損失的來(lái)源： 通過(guò)比較 Pseudo J-V 曲線與實(shí)際 J-V 曲線，我們可以找到性能損失的具體原因。

• 指導(dǎo)器件設(shè)計(jì)優(yōu)化： 了解性能損失的來(lái)源后，我們可以有針對(duì)性地優(yōu)化材料制備、器件結(jié)構(gòu)和工藝流程，從而提高器件的整體效率。

因此，Pseudo J-V 曲線是連接材料基礎(chǔ)特性與器件實(shí)際性能的重要橋梁，對(duì)于半導(dǎo)體光伏器件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有重要的價(jià)值。

Enlitech QFLS-Maper測(cè)量設(shè)備的學(xué)術(shù)價(jià)值與技術(shù)特性

在上述理論的基礎(chǔ)上，測(cè)量PLQY并推導(dǎo)QFLS的關(guān)鍵在于儀器的精準(zhǔn)度、靈敏度與多功能性。Enlitech的QFLS-Maper測(cè)量設(shè)備在如下幾方面突顯其學(xué)術(shù)價(jià)值與專業(yè)度：

• QFLS mapping功能，可視化材料均勻狀況：
  可視化呈現(xiàn)QFLS image，一眼即可掌握樣品QFLS、Pseudo J-V、PLQY、EL-EQE等全貌；最快2分鐘可透過(guò)Pseudo J-V預(yù)測(cè)材料效率的極限；極限3秒，就可以了解QFLS費(fèi)米能階分布情況。

  
  

• 超高動(dòng)態(tài)光強(qiáng)范圍 (1/10000 ~ 15個(gè)Sun)：
  太陽(yáng)能材料研究時(shí)，了解材料在極低光強(qiáng)（如室內(nèi)照度或弱光應(yīng)用）與超高光強(qiáng)（如高倍聚光應(yīng)用）下的行為均很重要。QFLS-MAPER透過(guò)精密的光源調(diào)控與校正，能在1/10000個(gè)Sun到15個(gè)Sun的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定測(cè)試，協(xié)助研究者探討材料在弱光與強(qiáng)光條件下載子復(fù)合行為的變化，為學(xué)術(shù)論文中的光照相關(guān)性研究提供強(qiáng)而有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

• 極低光強(qiáng) PL 檢測(cè)靈敏度 (可達(dá)10^-4量級(jí))：
  有機(jī)太陽(yáng)能電池 (OPV) 因其材料特性，PL 發(fā)射強(qiáng)度普遍較低（如某些新穎OPV或窄能隙鈣鈦礦）。這使得研究者在利用傳統(tǒng)設(shè)備時(shí)，難以獲取高信噪比的 PLQY 數(shù)據(jù)。
  光焱科技Enlitech最新研發(fā)的QFLS-MAPER 采用高靈敏度檢測(cè)器和低噪聲光學(xué)路徑設(shè)計(jì)，大幅提高了微弱 PL 訊號(hào)的檢測(cè)能力，可達(dá)10^-4量級(jí)。

  
  

  這種高靈敏度不僅能準(zhǔn)確擷取微弱的 PL 訊號(hào)，更能讓研究者進(jìn)一步分析：

1. 深能階陷阱態(tài)： 通過(guò) PL 訊號(hào)分析，揭示 OPV 材料中存在的深能階陷阱態(tài)（Deep-Level Traps）對(duì)非輻射復(fù)合的影響。

2. 缺陷輻射： 精確評(píng)估缺陷引起的輻射復(fù)合（Defect-Mediated Radiative Recombination）對(duì)整體發(fā)光效率的貢獻(xiàn)。

3. QFLS 與 iVoc 極限： 利用高靈敏度 PL 數(shù)據(jù)，精確推導(dǎo)出 QFLS 值，并估算材料的理想開路電壓 ( iVoc ) 極限。這些精確的測(cè)量結(jié)果，對(duì)于深入理解 OPV 材料的載子動(dòng)力學(xué)、評(píng)估其理論效能極限具有深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)價(jià)值。

• 廣泛的波長(zhǎng)覆蓋范圍 (580 ~ 1100 nm)：
  太陽(yáng)能材料的研究日趨多元化，從鈣鈦礦系統(tǒng)（能隙約 1.5 ~ 1.7 eV）到有機(jī)半導(dǎo)體（能隙可延伸至近紅外），皆需要對(duì)不同波長(zhǎng)范圍的 PL 訊號(hào)有良好的解析能力，QFLS-MAPER在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型配置下即能涵蓋580~1100 nm常見光伏材料區(qū)間，對(duì)大多數(shù)學(xué)術(shù)研究而言已足以涵蓋主要研究材料的吸收/發(fā)射范圍。同時(shí)QFLS-MAPER在低光強(qiáng)測(cè)量與穩(wěn)定性方面的強(qiáng)化，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)OPV與鈣鈦礦研究更為精準(zhǔn)、容易操作。這表示它可以：

1. 涵蓋多種材料： 同時(shí)滿足鈣鈦礦、OPV 以及其他先進(jìn)材料的 PL 測(cè)量需求，無(wú)需為不同能隙的材料更換設(shè)備。

2. 提供更完整的 PL 信息： 對(duì)不同波長(zhǎng)的 PL 訊號(hào)進(jìn)行解析，獲取更全面的材料信息，如缺陷能級(jí)、多激子效應(yīng)等。

3. 提升實(shí)驗(yàn)室效率： 簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)流程，降低設(shè)備投資成本。

• 高重現(xiàn)性與可溯源校正：
  學(xué)術(shù)研究的可靠性基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重現(xiàn)性與可溯源性。QFLS-MAPER著重于數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性與可溯源性，符合學(xué)術(shù)研究對(duì)實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證性的要求。QFLS-MAPER 采用經(jīng)驗(yàn)豐富的光學(xué)設(shè)計(jì)和定期校正程序，確保測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性與可靠度。具體措施包含：

1. 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)： 采用精密的溫度控制和穩(wěn)定的光路系統(tǒng)，減少環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

2. 可溯源校正： 使用 NIST 可追溯的標(biāo)準(zhǔn)光源和檢測(cè)器，對(duì)儀器進(jìn)行定期校正。

這些嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，使研究者能夠自信地將所測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)用于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)論文，并有助于提升研究成果的可信度。相比之下，競(jìng)品并未明確強(qiáng)調(diào)光致量子產(chǎn)率及iVoc測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性與穩(wěn)定性指標(biāo)。對(duì)學(xué)術(shù)單位而言，能持續(xù)產(chǎn)出穩(wěn)定、可對(duì)照于各實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，有助于建立研究結(jié)果的國(guó)際公信力。

• 整合學(xué)術(shù)模型與一鍵式分析：
  QFLS-MAPER不僅是硬設(shè)備，更搭配對(duì)應(yīng)軟件算法與學(xué)術(shù)模型內(nèi)置模塊，研究者可一鍵式快速取得QFLS、iVoc及pseudo J-V。此種軟硬件整合設(shè)計(jì)讓研究者能快速將測(cè)量結(jié)果與理論模型對(duì)接，減輕自行開發(fā)數(shù)據(jù)后處理程序的負(fù)擔(dān)。

結(jié)論與展望

透過(guò)PLQY測(cè)量并推導(dǎo)QFLS、iVoc與pseudo J-V，已成為新型太陽(yáng)能材料研究的重要利器。Enlitech所推出的QFLS-Maper測(cè)量設(shè)備不但在基礎(chǔ)理論上有扎實(shí)的學(xué)術(shù)背書（詳細(xì)平衡、SRH復(fù)合理論、Shockley-Queisser極限模型），并透過(guò)高精度光學(xué)設(shè)計(jì)、廣泛光強(qiáng)與波長(zhǎng)范圍、高檢測(cè)靈敏度、以及數(shù)據(jù)重現(xiàn)性的重視，為研究者提供了一個(gè)能可靠而快速解讀材料內(nèi)在極限潛能的專業(yè)平臺(tái)。