[实用新型]一种钙钛矿太阳能电池的原位实时同步观测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及钙钛矿太阳能电池的环境工作稳定性与薄膜微结构研究，更具体地涉及一种钙钛矿太阳能电池的原位实时同步观测装置。

背景技术

能源在民生经济与国土安全中具有特别重要的战略地位。我国目前能源供需矛盾尖锐，结构不合理；能源利用效率低；造成严重的环境污染，例如近年来困扰我国多数地区的雾霾问题。近些年各国政府与研究机构都把目光聚焦于绿色环保可再生能源——太阳能的开发和利用。各种太阳能电池如商业化单晶硅太阳能、CdTe和CIGS基新型太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池以及有机薄膜太阳能电池器件得到长足的发展。近年，钙钛矿太阳能电池受到越来越多的关注，主要是由于其优异的性能，如理想光学吸收、较长的载流子传输距离(一般可以达到100nm以上，甚至可以超过1微米)、实验转化效率高达22％左右、器件制作工艺简单以及理论转换效率可以达到50％以上等。因而美国《科学》杂志将钙钛矿太阳能电池技术选为2013年度十大科技突破之一。

基于目前钙钛矿太阳能电池的研究报道，绝大多数工作主要集中在如何提高器件的光电转换效率方面，如通过使用不同构造的阳极/阴极、电子/空穴传输层、改善制备方法、发展新型钙钛矿前驱体材料来提高器件的光电转换效率。尽管钙钛矿太阳电池近几年发展迅速，器件效率已达很高，但由于研究时间尚短，仍存在诸多问题亟待解决。其中重要的是器件对光、热等环境因素非常敏感和器件制备良率较低，这大大降低了钙钛矿太阳能电池工作稳定性，限制了钙钛矿太阳能电池的产业化广泛发展。例如，高效率器件的制备及测试都需要在氮气手套箱中完成，在空气中测试器件其转换效率短时间内(数分钟或数小时)衰减的很快，其原因是与钙钛矿材料CH₃NH₃PbX₃和有机材料分别对空气中的活性分子如水和氧气的反应有关。一般认为钙钛矿晶体结构遇水易分解、低温易升华产生的结构降解所致。因此，急需深入展开钙钛矿太阳能电池工作稳定性及其性能退化机制方面的研究。

然而，要想明确水汽和光热对钙钛矿太阳能电池器件稳定性方面的影响，对探测技术手段是很大的挑战。例如近期Huang等人在Nature Materials上报道了通过光学显微镜原位实时观测到钙钛矿太阳能电池工作中的薄膜形貌变化，间接证明离子移动引起钙钛矿太阳能电池可转换的光伏效应，但是离子迁移的种类以及迁移对整体材料的微观结构影响还没有深入研究，而且常规实验表征手段也很难解决这一问题。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的无法原位研究钙钛矿太阳能电池的环境工作稳定性与薄膜微结构的问题，本实用新型旨在提供一种钙钛矿太阳能电池的原位实时同步观测装置。

本实用新型所述的钙钛矿太阳能电池的原位实时同步观测装置，包括：密封罩，其包括底框、罩体和窗口膜；罩体由两块侧板组成，这两块侧板分别垂直于底框所在的平面并相对设置，窗口膜的两端直接与底框连接，窗口膜的两侧直接与侧板连接，该窗口膜为透明开普敦薄膜；与该密封罩固定连接并限定一个密闭空间的底座，其包括底板、连接板、加热台和探针；底板的内部具有空腔，底板的侧壁上具有冷却水入口和冷却水出口，该冷却水入口和冷却水出口与该空腔连通；底板上设置有气体入口和气体出口，该气体入口和气体出口与该密闭空间连通；该底板通过该连接板固定安装在同步辐射X射线衍射仪上；加热台嵌套在底板的中心位置，钙钛矿太阳能电池设置于该加热台的顶表面上；加热台的中心设置有供太阳光或模拟太阳光通过的通光孔；探针的固定端通过探针座安装于底板上，探针的自由端与钙钛矿太阳能电池的顶表面紧密接触以实现电池光电信号的收集。

底框为矩形框，底板为矩形板。

底框和罩体一体成型。

罩体的内侧壁上固定设置有湿度传感器。

底框和底板之间设置有密封圈。

加热台为直径为4cm的圆台。

通光孔的底部用光学玻璃密封。

通光孔的直径为5mm。

该原位实时同步观测装置进一步包括设置于通光孔前方的Oriel太阳光模拟器。