LED作为量子效率仪中单色光的可行性研究

随着LED技术的不断进步,已发展出多种波长的大功率LED,不用昂贵的单色仪,而采用各种波长的LED作为单色光来制造量子效率仪;也不需要旋转滤色片轮切换滤色片来避免光栅单色仪中高级次光谱的影响。LED作为单色光,可实现无机械运动、测量速度快、故障率低的优点。多只LED焊接在PCB上形成离散型光源,无法采用常规的椭球面反射镜、透镜或凹面反射镜进行汇聚。采用高反射率反射镜片制备成锥形光导管,将离散型光源发出的光汇聚为一个小光斑,可以很好地解决离散型光源汇聚难的问题,同时实现了高的光利用率。通过测量LED的波峰值、半峰宽和稳定性,并与传统的卤素灯和氙灯为光源的传统量子效率仪进行比较,发现单色光的波峰值与量子效率的测量准确性是正相关的,波峰值越高,测量的准确性越高;半峰宽在5.1~9.5nm范围内,半峰宽对测量的准确性没有影响。采用LED、卤素灯和氙灯量子效率仪分别测试同一块太阳电池的量子效率,计算相同波段的积分电流,与世界先进的氙灯量子效率仪相比,相对偏差为0.34%,与卤素灯量子效率仪的相当,说明半峰宽在5.1~55.7nm范围内,测量准确性与半峰宽无明显的相关性;LED的不稳定度为0.4%,介于氙灯和卤素灯之间。从这几个方面来看,LED是可以作为单色光用于量子效率的测试。

LED量子效率仪的研究

LED量子效率仪由LED阵列、直流可调稳压电源、PLC、光导管、I-V放大器、数据采集卡、计算机与测试软件组成。与传统量子效率仪相比,利用LED代替氙灯或卤素灯,提供准单色光;利用光导管汇聚光;I-V放大器与数据采集卡代替锁相放大器和斩波器,将太阳电池产生的弱电流信号采集到计算机。未使用单色仪、锁相放大器、斩波器,成本降低;未使用单色仪,测试速度提高,测试时间小于40 s。LED量子效率仪测试结果的不准确度小于0.1%;稳定之后,不稳定度小于0.6%;连续工作9个小时,不重复度小于0.5%。