随着光伏产业对电池质量、缺陷识别和生产一致性的要求不断提高，太阳能电池发光成像已成为光伏检测与材料研究中的重要技术手段。短波红外相机可捕捉电池的发光分布，为裂纹、局部失活区域及其他异常特征的分析提供依据，对于需要探测近红外发光信号、开展多种光伏材料研究或进行宽波段光学实验的用户，大像元宽光谱短波红外相机会更适配应用。阿秒科技 SWIR1503AU 采用 InGaAs CMOS 传感器，具备 400-1700 nm 光谱响应范围、15μm 像元尺寸和 640×512 分辨率，可用于光伏电池发光成像及相关科学实验。
太阳能电池发光检测有哪些类型？
太阳能电池发光检测主要包括电致发光（Electroluminescence，EL）和光致发光（Photoluminescence，PL）。两种方法均可通过采集电池发出的光信号研究其光电特性，不同半导体材料的带隙和载流子复合特性不同，因此其发光光谱也存在差异。
| 光伏材料类型 | 典型发光特征 |
|---|---|
| 晶硅太阳能电池 | 典型发光峰约在 1100-1150 nm |
| CdTe 薄膜电池 | 典型发光峰可在约 800-850 nm 附近 |
| CIGS 薄膜电池 | 发光波段随材料组分及带隙变化，约1030-1240nm范围 |
| 钙钛矿及叠层电池 | 发光波段取决于材料组成和器件结构，约480-800nm范围可调 |
| 非晶硅/微晶硅薄膜电池（a-Si:H、μc-Si） | 典型发光范围约885-955nm |
对于需要研究不同光伏材料的实验室，覆盖可见光至短波红外的相机可以提供更灵活的波段选择。
太阳能电池发光检测需要什么样的短波红外相机？
选择发光检测相机时，不能只看光谱范围，还需要综合考虑目标发光强度、成像分辨率、噪声水平等。
1. 光谱响应范围与量子效率
相机的有效响应波段必须覆盖待测太阳能电池的发光波段。同时，相机在目标波长处的量子效率会影响光子转换为电信号的能力。
例如，晶硅电池 EL 检测通常关注约 1150 nm 附近的发光信号。对于这一应用，相机选型可以选择常规900-1700nm光谱范围短波红外相机，如果需要研究不同材料或不同波段的发光特征，400-1700nm宽光谱响应相机更为合适。
2. 像元尺寸与空间分辨率
太阳能电池发光信号可能较弱，尤其是在特定偏置条件、较短曝光时间或受环境杂散光影响的情况下。对于弱发光成像，较大的像元有利于单像元光子收集。
太阳能电池发光检测可能涉及整片电池的发光均匀性，也可能需要观察细小裂纹、栅线附近的异常或局部缺陷。不同任务对空间分辨率的要求不同。
3. 帧率
对于实验室材料表征，较长曝光时间可能有助于获取弱发光信号；对于在线检测或动态实验，则需要兼顾曝光时间、帧率和数据传输能力。值得特别注意的是，近年来日光 EL（dEL）和日光 PL（dPL）技术的发展表明，高速 InGaAs 相机结合同步或异步调制采集，可以在不依赖完全暗室环境的条件下获得亚秒级采集时间的发光图像。
阿秒科技 SWIR1503AU 短波红外相机推荐
阿秒科技 SWIR1503AU 是一款采用 InGaAs CMOS 传感器的短波红外相机，其宽光谱响应与大像元设计，可为光伏发光成像和多波段光学实验提供一种可选方案。
1. 400-1700 nm 宽光谱响应
SWIR1503AU 的光谱响应范围为 400-1700 nm，覆盖可见光至短波红外区域。这一特点使其能够用于多个目标波段内的成像任务。对于 CdTe、CIGS 以及钙钛矿等波段各异的材料，400-1700 nm 的覆盖提供了评估其适用性的光谱。
2. 15μm 像元尺寸
SWIR1503AU 的像元尺寸为 15μm×15μm。在太阳能电池发光检测中，这一规格可用于评估整片电池或较大尺度区域的发光分布。在弱光条件下，较大的像元可能有利于单像元光子收集。
3. TEC 制冷设计
SWIR1503AU 支持 TEC 制冷，在环境温度为 20°C 时，制冷温度可达 -20°C。对于太阳能电池 EL、PL 等弱光成像实验，制冷有助于抑制暗电流的影响，为稳定采集提供支持。
4. 全局快门与灵活的采集方式
SWIR1503AU 支持全局快门，全幅最高帧率可达724fps，可用于需要同步采集帧率要求高的应用场景。同时，相机支持硬件 ROI 和外部触发，便于根据具体实验要求配合电源、光源及其他实验设备完成图像采集。
太阳能电池发光检测常见问题
1、为什么晶硅太阳能电池 EL 检测常用 InGaAs 相机？
晶硅太阳能电池的典型 EL 发光峰位于约 1150 nm，已经超出常规硅基图像传感器的高效响应区域。InGaAs 探测器在这一近红外波段通常具有较好的响应能力，因此适合用于晶硅电池 EL 成像。
2、400-1700 nm 宽光谱相机一定比 900-1700 nm 相机更适合 EL 检测吗？
不一定。如果目标仅为晶硅电池约 1150 nm 附近的 EL 信号，那么两类相机都可能适用，关键在于目标波长处的量子效率、噪声、分辨率和曝光条件。 400–1700 nm 的优势主要在于拓展了可探测波段，为其他材料的发光研究和多波段实验提供更多选择，而不是必然提高单一波段的成像质量。
3、TEC 制冷在光伏发光检测中是必需的吗？
并非所有场景都必需，但在弱光 EL/PL 中通常是重要的加分项。制冷的主要作用是抑制暗电流，使较长曝光时间或多次平均采集不至于被暗电流噪声主导。对于信号较强、曝光较短的在线 EL 检测，非制冷相机可能已经够用；对于低偏置 EL、弱 PL 或需要较长积分时间的实验，制冷带来的噪声优势会更明显。
总结
太阳能电池发光检测是光伏电池质量分析和光电材料研究的重要手段。相机选型不仅要考虑光谱响应范围，还应综合评估目标波段的量子效率、噪声、帧率及系统集成要求。阿秒科技 SWIR1503AU 相机适用于晶硅电池 EL、PL实验以及其他适用波段内的光学研究，也具备与高速调制采集方案配合的硬件条件。
参考文献：
- Wu, Y.-F., Hsu, H.-P., Wang, J.-C., & Chen, H.-Y. (2012). The structural and material properties of Cu(In,Ga)Se₂ thin films. Physica Status Solidi (C), 9(6), 1388–1391.
- Luminescence-Based Implied Voltage Imaging of Tandem Solar Cells Using Bandpass Filters. Advanced Energy Materials (2025)
- Photoluminescence properties of a-Si:H based thin films and corresponding solar cells. Journal of Non-Crystalline Solids (2003)