内量子效率IQE测试技术在光致发光的作用及典型应用

1、定义

内量子效率（IQE）测试技术是光致发光（PL）表征体系中核心的定量分析手段，通过对 PL 信号的精准校准与解析，剥离光学损耗，实现对半导体 / 光伏材料 / 器件本征光生载流子辐射复合效率的定量评估，是判断材料质量、定位效率损耗机制、优化工艺的关键无损测试技术。

2、 内量子效率IQE测试技术在光致发光的作用

（1）定量区分 “本征效率” 与 “光学损耗”

IQE 的核心公式为：IQE = 辐射复合光子数 / 被材料 / 器件吸收的光子数。相比外量子效率（EQE），IQE 排除了表面反射、透射、器件结构带来的光学损耗，仅反映材料 / 器件内部载流子的辐射复合能力，是衡量 “本征性能” 的核心指标；而 PL 信号的强弱需结合 IQE 校准，才能避免 “高 PL 信号 = 高性能” 的误判。

（2）解析载流子复合机制，定位效率损耗根源

结合变功率 PL-IQE、变温度 PL-IQE，可区分：

辐射复合；

非辐射复合。

（3）无损评估材料 / 器件质量，降低研发成本

PL-IQE 测试无需制作电极、切割样品或破坏器件结构，可在晶圆级、器件研发早期完成：

快速筛选外延片、薄膜的缺陷密度；

评估量子点、有机发光材料的表面钝化 / 配体修饰效果；

对比不同批次材料的一致性，替代高成本的电性能测试。

3、内量子效率IQE测试技术在光致发光的典型应用

（1）发光材料筛选与优化

通过精确测量IQE，可以直接评估材料的本征发光效率。

（2）界面电荷提取分析

这是新型IQE分析方法展现强大能力的领域。在钙钛矿太阳能电池中，研究人员通过分析强、弱吸收区的IQE，成功量化了界面处的电荷提取效率。没有电子传输层的器件，其前表面电荷收集效率从96%骤降至60%，清晰地揭示了界面复合是主要性能限制因素。这种方法为优化电荷传输层和界面工程提供了直接的实验依据。

（3）深紫外光电器件开发

在深紫外LED等器件中，高铝组分的AlGaN材料会使量子限制斯塔克效应（QCSE）加剧，显著降低IQE。IQE测试是评估不同外延生长策略能否有效抑制QCSE、提升发光效率的关键判据。

（4）半导体缺陷与复合机制研究

IQE与材料的缺陷密度和载流子复合过程直接相关。