[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

说明书

本发明涉及一种时间分辨电荷抽取和离子迁移的检测装置及方法，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，本发明可以广泛应用于太阳能电池技术领域中。

技术领域

本发明是关于一种时间分辨电荷抽取和离子迁移的检测装置及方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

近几十年来，随着能源危机和环境问题的加剧，研究和发展新能源成为必然趋势，在诸多新能源中，太阳能因其无污染、储量大、来源广泛而备受关注。太阳能电池是对太阳能利用的有力途径，太阳能电池经过硅电池、化合物电池和薄膜电池几十年的发展，目前，有机无机杂化的金属卤化物钙钛矿太阳能电池成为新的热点，钙钛矿太阳能电池经过十年的发展，光电转换效率快速突破20％大关，且因为制备工艺简单、制作成本低廉，钙钛矿太阳能电池成为一类最有发展潜力的太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池在飞速发展的同时，也有产生了一些问题，相较于硅太阳能电池20年的使用寿命，钙钛矿电池对水、氧等物质特别敏感，使其寿命大大缩短，这也限制钙钛矿太阳能电池的应用与发展；其次，钙钛矿太阳电池表现与其他类型太阳能电池不同的滞后现象，即在进行I-V扫描时出现正反扫不匹配现象，滞后现象的出现限制了对太阳能电池器件性能的评估。目前，对滞后现象产生的原因有离子迁移、缺陷态和空间电荷极化三个猜想。钙钛矿晶体是存在ABX₃化学组成的对称的立方体结构，A和X共同按照立方最紧密堆积排列，较小的阳离子B占据八面体空隙，且不与阳离子A相邻，常见的A⁺为CH₃NH₃⁺[MA⁺]、HC(NH₂)₂⁺[FA⁺]和Cs⁺等，B²⁺主要为Sn²⁺和Pb²⁺，X主要为卤素离子。由于解离能低和离子半径小等原因，钙钛矿中MA+和I-等离子容易解离并在钙钛矿晶格中迁移即离子迁移，离子迁移不仅在钙钛矿晶格中产生缺陷，更是钙钛矿不稳定的原因之一，因此对钙钛矿中离子迁移的研究至关重要。

目前，对离子迁移的表征已经发展一些较为成熟的实验方法和技术手段，飞行二次质谱(TOF-SIMS)、开尔文显微镜(KPFM)、能仪谱(EDX)等测试手段可以给出离子迁移存在的证据。此外，通过数值模拟和低温瞬态光电压衰减(TPV)手段发现，正负离子向电荷传输层的迁移方向显著影响载流子的复合动力学和器件性能。但是，这些方法均是间接的或者定性的研究钙钛矿中的离子迁移，且研究对象均为针对钙钛矿本证薄膜或器件的开路状态下的研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种直接且能够在开路状态和工作状态下研究离子的时间分辨电荷抽取和离子迁移的检测装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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。

进一步地，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：