[发明专利]一种钙钛矿薄膜畴边界激子动力学的超分辨系统

说明书

一种钙钛矿薄膜畴边界激子动力学的超分辨系统，属于光学显微成像领域。本发明提供一种对钙钛矿薄膜畴边界进行超分辨，同时进行纳米空间超分辨扫描成像与时间超分辨激子动力学分析的超分辨系统。本发明中，第一分光镜将激光分为两束，其中一束射入第一光参量放大器形成激发光，另一束经过第一反光镜射入第二光参量放大器形成损耗光；激发光和损耗光分别经过第一二向色镜射入第二二向色镜；第二二向色镜聚焦后经过荧光处理机构照射在样品上形成荧光，经过荧光处理机构到达第二二向色镜后对聚焦后的激发光、损耗光和荧光射入滤波片，扫描机构对荧光进行扫描，并对荧光对应的图像进行分析。本发明主要用于对钙钛矿薄膜畴边界进行超分辨分析。

技术领域

本发明属于光学显微成像领域，具体涉及一种钙钛矿薄膜畴边界激子动力学的超分辨系统。

背景技术

近年来，全无机钙钛矿材料CsPbX₃（X=Cl、Br、I）由于其在构建高效、廉价太阳能电池和其它光电器件等方面展现出极大的应用价值，成为目前国际上的研究热点之一。目前的研究普遍认为钙钛矿膜表面微观形貌（晶块大小、畴边界等）的非均一性对薄膜光电性质有很大的负面影响，但其影响机制并不清楚（Nature，2018，DOI：10.1038/s41586-018-0576-2）。现在基于微晶或非晶薄膜的钙钛矿太阳能电池及其他光电器件仍然面临的巨大的挑战，如对水蒸气敏感、对大气、热、紫外光等不够稳定等。微晶钙钛矿薄膜中存在很多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷会造成载流子的复合，是进一步提高太阳能转换效率及其他光电器件性能所需要解决的关键问题。

此外，在钙钛矿薄膜的加工过程中造成的的空间不均匀性，会导致在纳米尺度上陷阱态密度的非均匀分布，这也影响了钙钛矿薄膜畴边界处的离子迁移、缺陷湮没和光致发光不均匀等现象。因此，从纳米尺度探究钙钛矿薄膜微观形貌的非均匀性对载流子寿命、迁移率以及电池性能的影响，对于进一步提高钙钛矿太阳能电池和其它光电器件的效率是非常必要的。

目前，利用传统的光学显微系统，无法在突破衍射极限的情况下对CsPbX₃（X=Cl、Br、I）钙钛矿薄膜畴边界同时进行纳米级别的空间超分辨扫描成像与时间超分辨激子动力学分析；进行原位超分辨扫描存在局限性。为了探明其中的未知机制，搭建兼顾经济成本与成像分析效果的光学系统便成为了近年来的热门研究方向。

因此，就需要一种能够在突破极限的情况下，能够对钙钛矿薄膜畴边界进行超分辨，同时进行纳米空间超分辨扫描成像与时间超分辨激子动力学分析的钙钛矿薄膜畴边界激子动力学的超分辨系统。

发明内容

本发明针对现有的光学显微系统无法对钙钛矿薄膜畴边界进行纳米级别的空间超分辨扫描成像与时间超分辨激子动力学分析，导致钙钛矿薄膜存在表面缺陷造成载流子复合、空间不均匀导致钙钛矿薄膜的载流子寿命缩短、钙钛矿光电器件效率低的缺陷，提供一种在突破极限的情况下，能够对钙钛矿薄膜畴边界进行超分辨，同时进行纳米空间超分辨扫描成像与时间超分辨激子动力学分析的钙钛矿薄膜畴边界激子动力学的超分辨系统。

本发明的技术方案如下：

本发明所涉及的一种钙钛矿薄膜畴边界激子动力学的超分辨系统，它包括飞秒激光光源、第一分光镜、第一反光镜、第一光参量放大器、第二光参量放大器、激发光处理机构、损耗光处理机构、第一二向色镜、第二二向色镜、荧光处理机构、物镜、滤波片和扫描机构；所述飞秒激光光源与所述第一分光镜相对设置，所述第一分光镜将激光分为两束，其中一束射入所述第一光参量放大器形成激发光，另一束经过所述第一反光镜射入第二光参量放大器形成损耗光；所述激发光和所述损耗光分别经过所述激发光处理机构和所述损耗光处理机构后射入第一二向色镜，所述第一二向色镜将所述激发光与所述损耗光聚焦后射入所述第二二向色镜；所述第二二向色镜将聚焦后的所述激发光和所述损耗光经过所述荧光处理机构照射在位于所述物镜焦点的样品上，样品形成的荧光经过荧光处理机构到达所述第二二向色镜，所述第二二向色镜对聚焦后的所述激发光、所述损耗光和所述荧光射入滤波片，所述扫描机构用于对通过滤波片的荧光进行扫描，并得到荧光对应的图像，并分析所述图像的数据。