[發明專利]一種時間分辨電荷抽取和離子遷移的檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201910826117.8
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN110572128B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 艾希成;秦玉軍;袁帥;郭艷如
• 申請（專利權）人: 中國人民大學
• 主分類號: H02S50/15
• 分類號: H02S50/15
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王胥慧

1.一種時間分辨電荷抽取和離子遷移的檢測裝置，其特征在于，包括激光器、示波器、可調制開關、電阻箱、數字脈沖發生器和計算機；

所述激光器固定設置在待測鈣鈦礦太陽能電池的上方；所述待測鈣鈦礦太陽能電池的正極分別連接所述示波器的正極以及所述可調制開關和電阻箱的輸入端，所述待測鈣鈦礦太陽能電池的負極分別連接所述示波器的負極以及所述可調制開關和電阻箱的輸出端；

所述數字脈沖發生器的信號輸出端分別連接所述激光器、示波器和可調制開關的觸發端；所述數字脈沖發生器包括4個時間點，分別為A、B、C和D，設置為：

其中，T表示儀器響應時間，delay1、delay2、delay3和delay4均表示延時；

所述數字脈沖發生器的信號輸出端包括A信號輸出端、B信號輸出端、A∩B信號輸出端、C信號輸出端、D信號輸出端和C∩D信號輸出端，其中，所述A∩B信號輸出端連接所述激光器的觸發端，所述C信號輸出端連接所述示波器的觸發端，所述C∩D信號輸出端連接所述可調制開關的觸發端；

所述計算機分別連接所述激光器、電阻箱和數字脈沖發生器的信號端。

2.如權利要求1所述的一種時間分辨電荷抽取和離子遷移的檢測裝置，其特征在于，所述可調制開關的兩端口分別為50Ω和1MΩ。

3.如權利要求1至2任一項所述的一種時間分辨電荷抽取和離子遷移的檢測裝置，其特征在于，所述可調制開關的反應時間為4ns。

4.如權利要求1至2任一項所述的一種時間分辨電荷抽取和離子遷移的檢測裝置，其特征在于，所述電阻箱的電阻范圍為0.1～22MΩ。

5.一種時間分辨電荷抽取和離子遷移的檢測方法，其特征在于，包括以下內容：

1)在開路狀態下，對待測鈣鈦礦太陽能電池進行電荷抽取和離子遷移的測定，得到不同光電壓下的第一電壓回復數據和第二電壓回復數據，具體過程為：

1.1)將電阻箱調節為開路狀態，開啟激光器；

1.2)調節激光器的光強，對待測鈣鈦礦太陽能電池進行光照，使得待測鈣鈦礦太陽能電池穩定在某一光電壓下；

1.3)在t₁時刻，關閉激光器，將可調制開關切換為短路狀態，此時，待測鈣鈦礦太陽能電池內部的光生載流子全部抽取至電路中，通過示波器記錄電荷抽取數據；

1.4)在t₂時刻，將可調制開關切換為開路狀態，電壓開始回復，通過示波器記錄此時的電壓回復數據，并記為光電壓下的第一電壓回復數據；

1.5)通過示波器記錄t₂時刻后的最大電壓回復數據，并記為光電壓下的第二電壓回復數據；

1.6)改變激光器的光強，進入步驟1.2)，測定不同光電壓下的電荷抽取數據；

2)在工作狀態下，對待測鈣鈦礦太陽能電池進行電荷抽取和離子遷移的測定，得到不同工作電壓下的第一電壓回復數據和第二電壓回復數據，具體過程為：

2.1)開啟激光器；

2.2)調節激光器的光強，對待測鈣鈦礦太陽能電池進行光照，使得待測鈣鈦礦太陽能電池穩定在開路光電壓下；

2.3)在t₁時刻，調節電阻箱的阻值，使得待測鈣鈦礦太陽能電池穩定在某一工作電壓下；

2.4)在t₂時刻，關閉激光器，將可調制開關切換為短路狀態，此時，待測鈣鈦礦太陽能電池內部的光生載流子全部抽取至電路中，通過示波器記錄電荷抽取數據；

2.5)在t₃時刻，將可調制開關切換為開路狀態，通過示波器記錄此時的電壓回復數據，并記為工作電壓下的第一電壓回復數據；

2.6)通過示波器記錄t₃時刻后的最大電壓回復數據，并記為工作電壓下的第二電壓回復數據；

2.7)改變電阻箱的阻值，進入步驟2.3)，測定不同工作電壓下的電荷抽取數據；

3)根據不同光電壓下和不同工作電壓下的第一電壓回復數據和第二電壓回復數據，分別得到不同光電壓、工作電壓下待測鈣鈦礦太陽能電池內部的離子遷移狀態，所述離子遷移狀態包括遷移離子的電荷量、遷移方向和遷移時間，具體過程為：

3.1)對示波器采集的電荷抽取數據進行積分，得到不同光電壓、工作電壓下待測鈣鈦礦太陽能電池中的電荷量Q₁：

其中，V₁表示示波器采集的第一電壓回復數據，R表示采樣電阻，t表示時間，I表示電流；

3.2)根據計算的電荷量Q₁和示波器采集的第一電壓回復數據V₁，得到待測鈣鈦礦太陽能電池的電容C：

3.3)根據不同光電壓、工作電壓下離子遷移產生的第二電壓回復數據以及得到的電容，計算不同光電壓、工作電壓下待測鈣鈦礦太陽能電池( 7) 遷移離子的電荷量Q₂：

Q₂＝C*V₂

其中，V₂表示示波器采集的第二電壓回復數據；

3.4)根據示波器采集的第二電壓回復數據，判斷出離子遷移的方向和時間。