EQE 下降，究竟是光没有被有效利用，还是载流子没有被收集？

1. EQE 与IQE 的联合判读，为什么只看EQE 还不够？

EQE把“入射光子”与“最终被外电路收集的电子”联系起来，因此反射、透射、寄生吸收、有效吸收、载流子输运与复合都会反映在同一条曲线上。某个波段EQE 下降，能够说明该波段存在损失，但不能直接确定损失属于光学还是载流子收集。

IQE 以被目标吸收层有效吸收的光子为基准。在有效吸收估算可靠时，EQE与 IQE的差异可以帮助把光学利用不足与收集不足尽量分开。

图1. EQE 下降既可能来自光学利用不足，也可能来自载流子收集不足；联合IQE 可以缩小问题来源。

2. EQE 与IQE 的定义差别

EQE 表示每个入射光子最终形成多少被收集电子；IQE则关注被目标吸收层有效吸收的光子中，有多少最终形成可收集电荷。可以写成：

IQE(λ)=EQE(λ)/A_active(λ)

关键在于A_active 不是在所有器件中都能用1-R 代替。对透明器件、多层薄膜、叠层器件或存在明显寄生吸收的结构，需要考虑透射、非发电层吸收以及光学干涉，必要时使用R/T 测量或光学模型得到目标吸收层的有效吸收。

图2. EQE 反映从入射光子到收集电子的整体结果；IQE更关注被有效吸收后的载流子收集效率。

3. EQE 低而IQE 较高：先检查光学利用

如果某一波段EQE 偏低，但IQE 仍较高，说明已被有效吸收的光子大多还能形成可收集电荷，问题更可能集中在反射、寄生吸收、透射或光捕获不足等光学过程。

2024 年硅异质结背接触太阳电池研究就将EQE 与光学模拟结合，把前反射、前后功能层寄生吸收和逃逸反射分开分析；微米级双面钙钛矿电池研究也通过absorptance、1-R、EQE与 IQE的联合比较区分了透射、寄生吸收和内部收集损失。

4. EQE 与IQE 都偏低：收集问题的重要性上升

当有效吸收较高而IQE仍明显偏低时，说明一部分已产生的载流子未被外电路收集。可能涉及体相或界面复合、电场不足、输运受限、接触选择性或局部不均匀等因素。

但一条IQE 曲线不能单独证明其中某一种具体机制。更可靠的分析需要把IQE 与J–V、稳态/时间分辨发光、阻抗、瞬态光电测试或结构对照结合起来。

图3. 短波、中间波段和长波/带边区域对不同损失过程的敏感性不同，但具体边界取决于材料和器件结构。

5. 不同波段为什么给出不同线索？

短波区域往往更容易受到前表面、窗口层、透明电极和近表面收集影响；中间波段更多反映吸收层主体的吸收与体内收集；长波/带边区域因为吸收变弱、吸收深度增加，通常对吸收层厚度、背面光学以及长距离输运和收集更敏感。

这些只是诊断线索。具体边界应随材料带隙、吸收系数、器件层厚和入射方向确定，不能把固定波长分区直接套到硅、CIGS、钙钛矿和有机电池上。

图4. 当 EQE远低于IQE 时先检查光学损失；当EQE 与 IQE都偏低时，更应检查载流子收集，但具体机理仍需其他证据。

6. IQE 计算需要哪些条件？

IQE 的误差常来自有效吸收量估计。存在透射时不能忽略T；存在透明电极、传输层、封装等寄生吸收时，1-R-T也不一定等于目标吸收层的有效吸收。多层薄膜还可能需要层分辨的光学模型。

因此报告IQE 时，最好同时说明R/T 的测量方法、入射面、光斑与器件状态，以及是否做了寄生吸收修正或光学模拟。

图5. 更稳妥的EQE/IQE 联合判读应先得到EQE 和有效吸收信息，再比较差异并结合器件结构与其他测试。

7. 推荐的联合判读流程

先测可靠的EQE；再获取与器件结构匹配的反射、透射或有效吸收信息；据此估算IQE；比较EQE 与 IQE的绝对值和谱形差异；把异常波段与前电极、窗口层、吸收层、背反射和界面位置对应；最后结合J–V、PL/TRPL、阻抗或瞬态测试对机理进行验证。

图6. EQE/IQE 适合缩小问题来源，而不是把单一光谱特征直接写成唯一缺陷或复合机制。

8. 常见误读

EQE 低不等于复合一定严重；IQE高不等于器件没有问题；某一波段下降也不能唯一对应某一种缺陷。EQE/IQE更适合回答“损失偏光学还是偏收集”，具体复合和缺陷机制仍需要独立证据。

9. SolarYield 与EQE/IQE 联合分析

SolarYield 可获得EQE/IPCE、IQE、光谱响应度和等效积分短路电流密度，适用于硅基、CIGS、GeTe、有机、钙钛矿及叠层光伏器件。官方产品资料还列出了反射率、透射率等功能，因此可在统一光谱坐标下把外量子效率、吸收相关信息和积分电流结合分析。

10. 相关设备

太阳能电池量子效率测量系统SolarYield

SolarYield是一款太阳能电池量子效率与光谱响应测量平台，用于获得EQE、IQE、光谱响应度和等效积分电流密度，并可扩展能量损耗分析。系统覆盖常规与近红外光伏器件。适用于晶硅、钙钛矿、有机、CIGS、叠层和多结太阳能电池研发。钙钛矿/硅叠层、多结与窄带隙太阳能电池需要宽波段EQE、偏置条件和子电池电流匹配分析。SolarYield可测量EQE、IQE、光谱响应度与积分电流，并用于比较顶电池、底电池和不同吸收层的光谱贡献。

(1) 支持EQE/IPCE、IQE、光谱响应度、等效积分电流密度和能量标定等核心光伏表征。

(2) 工作波长可配置300-1100 nm或300-1800 nm（支持扩展至2500nm），覆盖硅基、叠层、CIGS、OPV与钙钛矿器件。

(3) 高灵敏EQE测试精度达到10⁻⁷级，支持多通道器件自动切换和0.5-10 mm可调光斑。

(4) 集成三轴位移、高清可视化对位和软件能量标定，并可扩展带隙及能量损耗分析模块。

(5) 偏置光、偏置电压、宽波段探测与自动对位适合分别测量叠层器件各子电池的光谱响应。

SolarYield

参考资料

IEC 60904-8:2014. https://webstore.iec.ch/en/publication/3879

Zhang Y, et al. Nature Communications, 2024. https://www.nature.com/articles/s41467-024-53275-5

Rodkey N, et al. Advanced Energy Materials, 2024. DOI: 10.1002/aenm.202400058

Abdullah-Vetter Z, et al. Advanced Science. DOI: 10.1002/advs.202407048

东谱科技：SolarYield产品资料。https://www.orientalspectra.com/ProductDetail/7321956.html