[实用新型]光伏器件载流子动力学过程测量装置

说明书

本实用新型公开了一种光伏器件载流子动力学过程测量装置，包括分光镜、第一光学参量放大器、第二光学参量放大器、泵浦光处理模块、激发光处理模块、光伏器件和测量模块；一束超短脉冲激光由分光镜分为两束，其中一束超短脉冲激光由第一光学参量放大器转化为一束可见光波段的泵浦光，该束泵浦光由泵浦光处理模块进行延时、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件上，另外一束超短脉冲激光由第二光学参量放大器转化为一束近红外波段的激发光，该束激发光由激发光处理模块进行降频、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件上。采用本实用新型的装置，能实现电荷俘获动力学过程的测量，具有时间分辨率高、可调谐、适用范围广等优点。

技术领域

本实用新型属于载流子超快动力学测量技术领域，具体涉及一种光伏器件载流子动力学过程测量装置。

背景技术

胶体量子点(如CdSe，CdS，PbSe和PbS)因量子尺寸效应，禁带宽度可调，且制备成本低，可以在溶液中利用胶体化学法合成，而受到广泛的关注。另外，由于空间尺寸受限引起强烈的载流子相互作用，导致量子点展现出了许多新奇的物理过程，如超快俄歇作用和载流子倍增效应。其中，PbS量子点的禁带宽度为0.41eV，可用于光伏器件将光灵敏度拓展到近红外波段。通过优化量子点结构与量子点表面的配体，基于该量子点的光伏器件性能虽然得到大幅提升，但是光电转化效率仍然很低(<10％)。因此，无论从商用还是科研的角度，光伏器件的性能仍需进一步提升。为了达到这一目标，清楚地理解材料性能和载流子俘获机制至关重要。

限制光电转化效率的一个重要因素是从有源层提取电荷的效率低。量子点表面存在的大量缺陷，容易形成局域的表面态。这些缺陷态作为俘获中心可以俘获光生载流子，降低电荷的迁移率，增加复合的几率，因而这就限制了器件的厚度以及光吸收的效率。因此，控制量子点表面缺陷的浓度与深度成了提高光电转化效率的关键因素。

电荷产生、俘获以及复合过程发生在不同的时间尺度上，一般发生在光激发后的数纳秒(ns)以内。目前材料中载流子产生、跃迁与弛豫等超快过程的研究，主要利用飞秒泵浦-探测的方法。一束强的激光脉冲作为泵浦光，用激光来引起材料性质的变化；一束弱的激光脉冲作为探测光，用于探测泵浦光引起的性质变化。通过空间上的位置变化获得光束在时间上的延迟。改变光学延迟线的距离，使得泵浦光和探测光之间有不同的时间延迟，测量探测光透过材料之后的强度变化。该强度变化反映了材料中激发态载流子的弛豫过程。通过建立探测光强度与时间延迟的关系，就可以得到载流子跃迁与弛豫的时间分辨过程。探测光和泵浦光的波长可以不同，可分为单色、双色或者多色泵浦探测。

最新的研究表明，量子点瞬态吸收过程与移动的载流子和俘获的载流子都有关系，实验得到的图像是一个共同作用的结果。除了微波和太赫兹波(THz)能够探测局域光电导外，纯光学方法既不能把自由载流子和束缚电荷区分开，也不能给出光谱观测量与器件性能的直接关系。另一方面，泵浦探测技术对光伏器件要求较高，比如要求光伏器件具有一定的透光性，而且透过光伏器件的探测光束不能发生明显的散射等。大多数情况下，当把量子点封装成光伏器件后，泵浦-探测技术已经不再适用。因此，急需设计一款适合光伏器件的载流子动力学过程测量装置。

实用新型内容

为解决不能测量光伏器件中电荷俘获动力学过程的技术问题，本实用新型提供一种光伏器件载流子动力学过程测量装置，能实现电荷俘获动力学过程的测量。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：