[发明专利]一种时间分辨电荷抽取和离子迁移的检测装置及方法

权利要求书

1.一种时间分辨电荷抽取和离子迁移的检测装置，其特征在于，包括激光器、示波器、可调制开关、电阻箱、数字脉冲发生器和计算机；

所述激光器固定设置在待测钙钛矿太阳能电池的上方；所述待测钙钛矿太阳能电池的正极分别连接所述示波器的正极以及所述可调制开关和电阻箱的输入端，所述待测钙钛矿太阳能电池的负极分别连接所述示波器的负极以及所述可调制开关和电阻箱的输出端；

所述数字脉冲发生器的信号输出端分别连接所述激光器、示波器和可调制开关的触发端；所述数字脉冲发生器包括4个时间点，分别为A、B、C和D，设置为：

其中，T表示仪器响应时间，delay1、delay2、delay3和delay4均表示延时；

所述数字脉冲发生器的信号输出端包括A信号输出端、B信号输出端、A∩B信号输出端、C信号输出端、D信号输出端和C∩D信号输出端，其中，所述A∩B信号输出端连接所述激光器的触发端，所述C信号输出端连接所述示波器的触发端，所述C∩D信号输出端连接所述可调制开关的触发端；

所述计算机分别连接所述激光器、电阻箱和数字脉冲发生器的信号端。

2.如权利要求1所述的一种时间分辨电荷抽取和离子迁移的检测装置，其特征在于，所述可调制开关的两端口分别为50Ω和1MΩ。

3.如权利要求1至2任一项所述的一种时间分辨电荷抽取和离子迁移的检测装置，其特征在于，所述可调制开关的反应时间为4ns。

4.如权利要求1至2任一项所述的一种时间分辨电荷抽取和离子迁移的检测装置，其特征在于，所述电阻箱的电阻范围为0.1～22MΩ。

5.一种时间分辨电荷抽取和离子迁移的检测方法，其特征在于，包括以下内容：

1)在开路状态下，对待测钙钛矿太阳能电池进行电荷抽取和离子迁移的测定，得到不同光电压下的第一电压回复数据和第二电压回复数据，具体过程为：

1.1)将电阻箱调节为开路状态，开启激光器；

1.2)调节激光器的光强，对待测钙钛矿太阳能电池进行光照，使得待测钙钛矿太阳能电池稳定在某一光电压下；

1.3)在t₁时刻，关闭激光器，将可调制开关切换为短路状态，此时，待测钙钛矿太阳能电池内部的光生载流子全部抽取至电路中，通过示波器记录电荷抽取数据；

1.4)在t₂时刻，将可调制开关切换为开路状态，电压开始回复，通过示波器记录此时的电压回复数据，并记为光电压下的第一电压回复数据；

1.5)通过示波器记录t₂时刻后的最大电压回复数据，并记为光电压下的第二电压回复数据；

1.6)改变激光器的光强，进入步骤1.2)，测定不同光电压下的电荷抽取数据；

2)在工作状态下，对待测钙钛矿太阳能电池进行电荷抽取和离子迁移的测定，得到不同工作电压下的第一电压回复数据和第二电压回复数据，具体过程为：

2.1)开启激光器；

2.2)调节激光器的光强，对待测钙钛矿太阳能电池进行光照，使得待测钙钛矿太阳能电池稳定在开路光电压下；

2.3)在t₁时刻，调节电阻箱的阻值，使得待测钙钛矿太阳能电池稳定在某一工作电压下；

2.4)在t₂时刻，关闭激光器，将可调制开关切换为短路状态，此时，待测钙钛矿太阳能电池内部的光生载流子全部抽取至电路中，通过示波器记录电荷抽取数据；

2.5)在t₃时刻，将可调制开关切换为开路状态，通过示波器记录此时的电压回复数据，并记为工作电压下的第一电压回复数据；

2.6)通过示波器记录t₃时刻后的最大电压回复数据，并记为工作电压下的第二电压回复数据；

2.7)改变电阻箱的阻值，进入步骤2.3)，测定不同工作电压下的电荷抽取数据；

3)根据不同光电压下和不同工作电压下的第一电压回复数据和第二电压回复数据，分别得到不同光电压、工作电压下待测钙钛矿太阳能电池内部的离子迁移状态，所述离子迁移状态包括迁移离子的电荷量、迁移方向和迁移时间，具体过程为：

3.1)对示波器采集的电荷抽取数据进行积分，得到不同光电压、工作电压下待测钙钛矿太阳能电池中的电荷量Q₁：

其中，V₁表示示波器采集的第一电压回复数据，R表示采样电阻，t表示时间，I表示电流；

3.2)根据计算的电荷量Q₁和示波器采集的第一电压回复数据V₁，得到待测钙钛矿太阳能电池的电容C：

3.3)根据不同光电压、工作电压下离子迁移产生的第二电压回复数据以及得到的电容，计算不同光电压、工作电压下待测钙钛矿太阳能电池( 7) 迁移离子的电荷量Q₂：

Q₂＝C*V₂

其中，V₂表示示波器采集的第二电压回复数据；

3.4)根据示波器采集的第二电压回复数据，判断出离子迁移的方向和时间。