內量子效率IQE測試技術在光緻發光的作用及典型應用

1、定義

內量子效率（IQE）測試技術是光緻發光（PL）表征體系中核心的定量分析手段，通過對 PL 信號的精準校準與解析，剝離光學損耗，實現對半導體 / 光伏材料 / 器件本征光生載流子輻射複合效率的定量評估，是判斷材料質量、定位效率損耗機製、優化工藝的關鍵無損測試技術。

2、 內量子效率IQE測試技術在光緻發光的作用

（1）定量區分 “本征效率” 與 “光學損耗”

IQE 的核心公式為：IQE = 輻射複合光子數 / 被材料 / 器件吸收的光子數。相比外量子效率（EQE），IQE 排除了表面反射、透射、器件結構帶來的光學損耗，僅反映材料 / 器件內部載流子的輻射複合能力，是衡量 “本征性能” 的核心指標；而 PL 信號的強弱需結合 IQE 校準，才能避免 “高 PL 信號 = 高性能” 的誤判。

（2）解析載流子複合機製，定位效率損耗根源

結合變功率 PL-IQE、變溫度 PL-IQE，可區分：

輻射複合；

非輻射複合。

（3）無損評估材料 / 器件質量，降低研發成本

PL-IQE 測試無需製作電極、切割樣品或破壞器件結構，可在晶圓級、器件研發早期完成：

快速篩選外延片、薄膜的缺陷密度；

評估量子點、有機發光材料的表面鈍化 / 配體修飾效果；

對比不同批次材料的一緻性，替代高成本的電性能測試。

3、內量子效率IQE測試技術在光緻發光的典型應用

（1）發光材料篩選與優化

通過精確測量IQE，可以直接評估材料的本征發光效率。

（2）界面電荷提取分析

這是新型IQE分析方法展現強大能力的領域。在鈣鈦礦太陽能電池中，研究人員通過分析強、弱吸收區的IQE，成功量化了界面處的電荷提取效率。沒有電子傳輸層的器件，其前表面電荷收集效率從96%驟降至60%，清晰地揭示了界面複合是主要性能限製因素。這種方法為優化電荷傳輸層和界面工程提供了直接的實驗依據。

（3）深紫外光電器件開發

在深紫外LED等器件中，高鋁組分的AlGaN材料會使量子限製斯塔克效應（QCSE）加劇，顯著降低IQE。IQE測試是評估不同外延生長策略能否有效抑製QCSE、提升發光效率的關鍵判據。

（4）半導體缺陷與複合機製研究

IQE與材料的缺陷密度和載流子複合過程直接相關。