[實用新型]光伏器件載流子動力學過程測量裝置

有效

• 申請號: 201821092631.0
• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN208424318U
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 劉祥明;理玉龍;查為懿;徐濤;魏惠月;彭曉世;關贊洋;王峰
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: H02S50/15
• 分類號: H02S50/15
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 蔡冬彥

本實用新型公開了一種光伏器件載流子動力學過程測量裝置，包括分光鏡、第一光學參量放大器、第二光學參量放大器、泵浦光處理模塊、激發光處理模塊、光伏器件和測量模塊；一束超短脈沖激光由分光鏡分為兩束，其中一束超短脈沖激光由第一光學參量放大器轉化為一束可見光波段的泵浦光，該束泵浦光由泵浦光處理模塊進行延時、衰減和偏振處理后聚焦到光伏器件上，另外一束超短脈沖激光由第二光學參量放大器轉化為一束近紅外波段的激發光，該束激發光由激發光處理模塊進行降頻、衰減和偏振處理后聚焦到光伏器件上。采用本實用新型的裝置，能實現電荷俘獲動力學過程的測量，具有時間分辨率高、可調諧、適用范圍廣等優點。

技術領域

本實用新型屬于載流子超快動力學測量技術領域，具體涉及一種光伏器件載流子動力學過程測量裝置。

背景技術

膠體量子點(如CdSe，CdS，PbSe和PbS)因量子尺寸效應，禁帶寬度可調，且制備成本低，可以在溶液中利用膠體化學法合成，而受到廣泛的關注。另外，由于空間尺寸受限引起強烈的載流子相互作用，導致量子點展現出了許多新奇的物理過程，如超快俄歇作用和載流子倍增效應。其中，PbS量子點的禁帶寬度為0.41eV，可用于光伏器件將光靈敏度拓展到近紅外波段。通過優化量子點結構與量子點表面的配體，基于該量子點的光伏器件性能雖然得到大幅提升，但是光電轉化效率仍然很低(<10％)。因此，無論從商用還是科研的角度，光伏器件的性能仍需進一步提升。為了達到這一目標，清楚地理解材料性能和載流子俘獲機制至關重要。

限制光電轉化效率的一個重要因素是從有源層提取電荷的效率低。量子點表面存在的大量缺陷，容易形成局域的表面態。這些缺陷態作為俘獲中心可以俘獲光生載流子，降低電荷的遷移率，增加復合的幾率，因而這就限制了器件的厚度以及光吸收的效率。因此，控制量子點表面缺陷的濃度與深度成了提高光電轉化效率的關鍵因素。

電荷產生、俘獲以及復合過程發生在不同的時間尺度上，一般發生在光激發后的數納秒(ns)以內。目前材料中載流子產生、躍遷與弛豫等超快過程的研究，主要利用飛秒泵浦-探測的方法。一束強的激光脈沖作為泵浦光，用激光來引起材料性質的變化；一束弱的激光脈沖作為探測光，用于探測泵浦光引起的性質變化。通過空間上的位置變化獲得光束在時間上的延遲。改變光學延遲線的距離，使得泵浦光和探測光之間有不同的時間延遲，測量探測光透過材料之后的強度變化。該強度變化反映了材料中激發態載流子的弛豫過程。通過建立探測光強度與時間延遲的關系，就可以得到載流子躍遷與弛豫的時間分辨過程。探測光和泵浦光的波長可以不同，可分為單色、雙色或者多色泵浦探測。

最新的研究表明，量子點瞬態吸收過程與移動的載流子和俘獲的載流子都有關系，實驗得到的圖像是一個共同作用的結果。除了微波和太赫茲波(THz)能夠探測局域光電導外，純光學方法既不能把自由載流子和束縛電荷區分開，也不能給出光譜觀測量與器件性能的直接關系。另一方面，泵浦探測技術對光伏器件要求較高，比如要求光伏器件具有一定的透光性，而且透過光伏器件的探測光束不能發生明顯的散射等。大多數情況下，當把量子點封裝成光伏器件后，泵浦-探測技術已經不再適用。因此，急需設計一款適合光伏器件的載流子動力學過程測量裝置。

實用新型內容

為解決不能測量光伏器件中電荷俘獲動力學過程的技術問題，本實用新型提供一種光伏器件載流子動力學過程測量裝置，能實現電荷俘獲動力學過程的測量。

為實現上述目的，本實用新型技術方案如下：