PicoQuant公司：探索铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池技术，引领绿色能源革新

铜铟镓硒（‌CIGS）‌薄膜太阳能电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池。也正是因为这些特点，‌铜铟镓硒（‌CIGS）‌薄膜太阳能电池‌正逐渐成为学术界与产业界关注的焦点。‌在这一创新科研中，德国PicoQuant公司，凭借其深厚的科技积淀与卓越的前沿技术创新能力，正积极投身于CIGS（铜铟镓硒）太阳能电池研发领域的测试技术开发中，不仅为这一高效能、环保型能源解决方案的持续优化提供了坚实的技术支撑，更引领着全球太阳能技术向更高效、更可靠、更可持续的方向迈进。‌

基于铜铟镓硒（CIGS）的太阳能电池被归类为薄膜太阳能电池，因为与传统的硅基太阳能电池相比，其活性层要薄得多。这种薄膜方法具有多种优势，如降低材料成本和能够集成到柔性基板中。

本文研究的特定 CIGS 太阳能电池是以堆叠的形式构建的，首先是玻璃基板上的钼背触点，然后是1.5 µm厚的CIGS吸收层、50 nm的硒化镉缓冲层、150 nm的氧化锌层，最后是300 nm厚的ITO触点。在顶部触点上还铺设了一层银网格。

感谢 Gay Brammertz 博士（IMEC，鲁汶，比利时）提供 CIGS 样品。

★ 不同位置的稳态和时间分辨发射光谱

使用 FluoTime 300 光谱仪在两个不同的位置记录稳态和时间分辨发射光谱，并使用 560 nm 脉冲 VisUV 激光器进行激发：一个靠近银色网格线，另一个大致位于两条线之间的中间。两者都显示出一个宽阔、无特征的波段，最长在 1250nm 左右。

该光谱仪配备了FluoMic附加组件，这是一种宽视场显微镜。用 20倍物镜观察样品一次，再用40倍物镜观察一次。在第一种情况下，激发光斑的直径约为60μm，检测区域约为10 μm。在第二种情况下，激发光斑约为30μm，检测区域直径约为5μm。在1250nm发射波长下，每个位置记录的发光衰减受到物镜变化的显著影响：它们的形状不同，平均寿命增加。

★ 随功率变化的时间分辨成像

CIGS太阳能电池的光致发光光谱和荧光寿命衰减都因激发功率的不同而不同。在更高的激发功率下，由于样品内部陷阱态达到饱和，使用 FluoMic 插件获得的 TRPL 图像变得更加均匀。荧光寿命受激发功率密度的影响很大。

对于载流子扩散研究，共聚焦装置是非常必要的。为避免载流子动态变化，建议使用激发光功率密度较高的宽场显微镜。

★ 利用 SNSPD 探测器对弱发光 CIGS 太阳能电池进行 TRPL 成像

就探测器性能而言，超导纳米线单光子探测器（SNSPDs）因其在近红外光谱范围内可实现的接近统一的探测效率、皮秒时间分辨率（低至 < 20 ps (FWHM)）和低暗噪声（< 100 counts/s）而脱颖而出。高量子效率对于1000nm以上近红外范围的材料科学应用尤为重要，因为其他现有的单光子探测器灵敏度低、暗噪声大、时间响应慢。

使用MicroTime 100时间分辨共聚焦显微镜对样品进行成像，使用640 nm脉冲激光器激发，设置为40 MHz重复频率，样品功率为17μW。每个像素的测量时间为5ms。发射的荧光被光纤耦合后导入Single Quantum Eos SNSPDs。下面的衰减是通过在缺陷部位（蓝色）和远离缺陷部位（红色）进行30秒的点测量获得的。

SNSPD的高灵敏度和高时间分辨率清楚地揭示了弱发光薄膜CIGS样品的缺陷区和未淬灭区的PL衰减曲线差异，即使在低照明水平下也是如此。

PicoQuant解决方案：用于研究CIGS的太阳能电池

▶ 显微光致发光升级多模态成像

PicoQuant专注于时间分辨光谱仪和显微镜。结合这两个领域的专业知识，PicoQuant提供用于时间分辨显微光致发光光谱的仪器，这些仪器集成了空间、光谱和寿命测量功能。通过将光谱仪和显微镜联用，可以获得特定样品区域或兴趣点的高分辨稳态和时间分辨发射光谱。这些多维数据集提供了宝贵的新见解，有利于光伏、LED和半导体等多个领域材料科学的研究。特别是，光致发光的光谱和寿命测量相结合，对于全面了解不同类型材料或器件的局部光物理和电子特性至关重要。

▪ 实现感兴趣区域的稳态和时间分辨光谱

▪ 多维数据集：光谱、时间和空间信息

▪ 支持各种显微镜-光谱仪耦合选项

▪ 高度模块化和灵活的设计

▪ 出色的光谱和时间灵敏度

▶ 高性能荧光寿命和稳态光谱仪FluoTime 300

FluoTime 300“ EasyTau”是一款用于稳态，寿命和磷光测量的全自动的高性能荧光光谱仪。FluoTime 300包含测量稳态光谱和荧光衰减曲线所需的完整光学和电子元件，凭借时间相关单光子计数（TCSPC）或者多通道测量（MCS）技术，有效记录稳态光谱以及几皮秒到几秒的荧光衰减。该系统光源采用皮秒脉冲二极管激光器，LED或氙灯（连续和脉冲）。多种单光子探测器选项可实现从UV到IR范围的各种系统配置。该系统极限灵敏度水拉曼信噪比为32000:1。FluoTime 300可用于研究从几皮秒到几秒的荧光和磷光衰减过程，并且拥有丰富的升级附件可选，是大多研究和分析不可或缺的标准系统。

▪ 支持稳态和时间分辨（TCSPC、MCS）工作模式

▪ 高度模块化和灵活的设计，具有最佳的升级能力

▪ 全自动系统，可实现从ps到s级别荧光寿命测量

▪ 激发和发射支持双单色仪或单单色仪

▪ 双单色仪在发射端可以实现相加和相减模式之间切换的独特功能

▪ 灵敏度极高，水拉曼SNR> 32 000:1

▪ 直观的采集和分析软件EasyTau 2

升级选件：

▪ 显微光致发光升级，可将光谱仪和显微镜结合使用

▪ 测量绝对发光量子产率的积分球

▪ 液体和固体的多功能样品支架

▪ NEW：Class 1 级激光安全

▶ 紧凑、模块化荧光寿命光谱仪FluoTime 250

FluoTime 250是一款结构紧凑的全自动设备，该设备集成了所有荧光衰减测量所需的基本光学元件和电子元件。该光谱仪的设计目的是帮助用户进行简单且高可靠性的日常以及复杂的测量，而这些都要归功于该光谱仪采用完全自动化的硬件组件，以及具有一步一步指导功能的向导程序的通用系统软件。

▪ 支持稳态和时间分辨（TCSPC、MCS）工作模式

▪ 操作简便，结构紧凑，可进行快速精确的测量

▪ 基于滤波器的灵活发射波长选择

▪ 全自动系统，可实现从ps到s级别荧光寿命测量

▪ 直观的采集和分析软件EasyTau 2

升级选件

▪ 通过共聚焦显微镜耦合实现显微光致发光升级

▪ 紫外-可见单色仪可选

▪ 液体和固体多种样品支架可选，支持温度控制选项

▶ 正置时间分辨荧光显微系统MicoTime 100

Micro Time 100是研究固态样品（如晶圆，半导体或太阳能电池材料）时间分辨光致发光的理想工具。整套系统基于常见的正置显微镜构建，可以用于观测各种规格大小的样品。同时，MicroTime 100可以集成厘米或微米级别分辨率的手动扫描方式和3D压电扫描台。荧光寿命可以从ps至ms级别。

▪ 集成激光光源，正置显微镜和多通道探测模块的一体化系统

▪ 脉冲二极管激光器波长从375到1060mm可选

▪ 多探测器选项，最多可达4个探测通道

▪ 通过XYZ-压电扫描平台实现三维寿命成像

▪ 可选大范围扫描台，扫描行程可达几厘米

▪ 选配第二位移台，用于“二维载流子扩散成像”