[发明专利]一种钙钛矿电池工作过程中结晶状态原位探测设备及方法

说明书

本发明属于太阳能电池表征技术领域，涉及一种钙钛矿电池工作过程中结晶状态原位探测设备及方法，原位探测设备主要由腔体、真空泵、光源、恒温台、X射线发生器、X射线探测器、探针、电流电压记录仪组成，钙钛矿电池及电子负载组件放置在恒温台的载物台上。原位探测方法包括安装电池，加载模拟环境、光照，采集电流电压特性、结晶信息的过程。本发明适用于钙钛矿光伏电池在不同温度、不同气氛条件下工作过程中的薄膜结构、电流‑电压特性曲线的实时耦合对应变化的探测。对于理解钙钛矿结构稳定性提供了一个崭新的思路，对于推进钙钛矿电池产业化提供了较大的支持。

技术领域

本发明属于太阳能电池表征技术领域，具体是一种钙钛矿电池工作过程中结晶状态原位探测设备及方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池由于其优异的性能、低廉的成本、易于加工等特点受到了广泛的研究，其光电转换效率已经突破了25％。这些成果使得钙钛矿太阳能电池已经具备与商业化多年的晶硅电池相媲美的地位，是一种非常具有发展前景的光伏器件。

器件效率的进步，离不开对薄膜结晶动力学的深刻理解。众所周知，钙钛矿薄膜结晶的好坏，对最后的器件性能具有不可估量的作用。因此，人们利用多。手段去研究薄膜内部的结晶状态。然而，令人遗憾的是，当下对钙钛矿结晶的研究大都集中在测试制备钙钛矿薄膜，对于制备的完整的电池器件在工作过程中的结晶变化中知之甚少，尤其是电池在不同环境气氛的工作状态。因此，对于钙钛矿器件运行过程中结晶状态的变化的了解迫在眉睫。

发明内容

为了克服现有技术存在无法探测在不同环境中钙钛矿电池薄膜晶体结构完整的实时变化的不足，本发明提出了一种钙钛矿电池工作过程中结晶状态原位探测设备及方法。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种钙钛矿电池工作过程中结晶状态原位探测设备，主要由腔体、真空泵、光源、恒温台、X射线发生器、X射线探测器、探针、电流电压记录仪组成。

所述真空泵、所述光源、所述X射线发生器、所述X射线探测器、所述电流电压记录仪位于所述腔体外。恒温台的载物台、所述探针位于所述腔体内。所述真空泵与所述腔体相连接。

所述探测对象及电子负载组件放置在恒温台的载物台上。

所述腔体为圆柱形，所述腔体包括主腔体、上盖。所述主腔体与所述上盖密封连接。主腔体侧壁设置有窗口，所述窗口包括X射线射入窗口、衍射光窗口。所述X射线发生器发出X射线，所述X射线通过所述X射线射入窗口照射至所述探测对象，照射至所述探测对象的X射线形成衍射光，所述衍射光通过衍射光窗口到达所述X射线探测器。主腔体侧壁还设置有通气孔，通气孔分别用于连接真空泵、以及摸拟环境气体的通入。主腔体底部设置有透光孔，所述上盖设置有视窗口。所述光源产生光线，所述光线通过所述透光孔照射至所述探测对象。所述光源可以是太阳光模拟器，太阳光模拟器，光强为1000W/m²，频谱符合AM1.5。

所述探针与载物台上的探测对象的正负极上相接，所述电流电压记录仪与所述探针相接，用于记录探测对象的电流电压。

所述恒温台包括载物台、热电偶、散热机构、温度控制器。所述载物台、所述热电偶、所述散热机构位于所述腔体内，所述温度控制器位于所述腔体外。所述热电偶、所述散热机构均与所述温度控制器相连接。所述温度控制器可调整恒温台的环境温度，并使环境温度保持在设定的恒定温度。恒温台温度可以恒定在-30℃～200℃。

所述探针为微型探针，所述探针与所述探测对象的正负极相接触，所述探针与所述电流电压记录仪用于所述探测对象的电流-电压特性。

所述真空泵的真空度可达到0～10^-4Pa。

上述的钙钛矿电池工作过程中结晶状态原位探测设备，所述光源是模拟室内光光源，所述模拟室内光源为商业室内照明，色温为3000～6500K，辐照光谱可见范围为400～700nm。