[發明專利]鈣鈦礦太陽能電池熱導納光譜測試的溫控裝置及測試方法

有效

• 申請號: 202011471692.X
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112596560B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 高鵬;張志皓
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G05D23/30
• 分類號: G05D23/30;H02S50/10;H02S50/15;H01L51/00
• 代理公司: 廈門荔信航知專利代理事務所(特殊普通合伙) 35247
• 代理人: 譚琳娜

本發明公開一種鈣鈦礦太陽能電池熱導納光譜測試的溫控裝置及測試方法，其裝置包括：用于容納待測太陽能電池的耐低溫玻璃箱、用于抽出耐低溫玻璃箱內的氣體的真空裝置、用于向耐低溫玻璃箱內注入液氮以降溫的液氮控溫裝置、以及用于對耐低溫玻璃箱內的待測太陽能電池進行測試的測試裝置。本發明可以通過調控輸入耐低溫玻璃箱的液氮量來控制耐低溫玻璃箱內的溫度，從而實現現有鈣鈦礦太陽能電池測試技術或裝置所無法實現的梯度控溫，并通過熱電阻設備來探測實時溫度，從而實現熱導納光譜測試所需要的低溫測試條件與160k?300k的梯度控溫，進而實現對鈣鈦礦電池中鈣鈦礦層的不同能級的缺陷態密度進行細致地表征。

技術領域

本發明涉及光譜測試配套附件技術領域，具體而言，涉及一種適用于鈣鈦礦太陽能電池熱導納光譜測試的溫控裝置及測試方法。

背景技術

鈣鈦礦太陽能電池，是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池。雜化鈣鈦礦材料具有合適的直接帶隙、極高的光吸收、小而平衡的電子和空穴的活性質量、高的缺陷容忍、長的載流子壽命和擴散長度、小的激子結合能。這些優異的光電性能來源于鈣鈦礦材料獨特的電子結構，這些性質成就了鈣鈦礦太陽能電池的高開路電壓和高效率。

然而，雜化鈣鈦礦材料中的缺陷對鈣鈦礦太陽能電池的電荷復合和離子遷移過程有著深刻的影響，會對器件的效率和穩定性產生嚴重的影響。一般來說，雜化鈣鈦礦材料中的缺陷可分為兩類：(1)深能級陷阱，包括二維擴展缺陷(晶界、表面缺陷等)和三維缺陷(鉛團簇)；(2)淺能級陷阱，包括本征點缺陷(Pb2+和I-)和雜質(Li+和Au)。深能級陷阱被證明是主要的非輻射復合中心，它可以捕獲電子或空穴，并阻止它們通過熱激活逃逸。然后這些被俘獲的載流子將被一個相反電荷的載流子通過非輻射復合。另一方面，雖然淺能級陷阱較難造成非輻射復合，但由于雜化鈣鈦礦材料的離子性質，帶電點缺陷很容易在電場作用下遷移和積聚在界面上，從而損害鈣鈦礦太陽能電池的光電性能。因此，鈣鈦礦材料的缺陷態密度表征是研發鈣鈦礦太陽能電池的工作中不可缺少的表征手段。

目前最常用的缺陷態密度的表征手段是空間電荷限流測試(SCLC)，但該方法的誤差較大，且無法辨別不同能級的缺陷態密度。為了進一步表征鈣鈦礦薄膜中缺陷的性質，可以采用熱導納光譜測試(TAS)對淺層和深層缺陷密度同時進行表征。然而，熱導納光譜中橫縱坐標的特定參數需要在變溫條件下測得，該溫度范圍通常為160K-300K。即把鈣鈦礦太陽能電池置于低溫條件下，使用電化學工作站，以每10K為一個溫度梯度，對其電容-頻率與電容-電壓的關系進行測試。該低溫測試條件在常規實驗室難以實現。因此，設計一種適用于電化學工作站且適用于低溫下頻率-電容與頻率-電壓測試的溫控測試裝置具有非比尋常的意義。

發明內容

在下文中給出了關于本發明實施例的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，以下概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

根據本申請的一個方面，提供鈣鈦礦太陽能電池熱導納光譜測試的溫控裝置，包括：

用于容納待測試鈣鈦礦太陽能電池的耐低溫玻璃箱；

與耐低溫玻璃箱連接且用于抽出耐低溫玻璃箱內的空氣的真空裝置，以充分確保在測試過程中鈣鈦礦太陽能電池中的鈣鈦礦吸光層，有機空穴層，或有機電子層不被空氣中的水、氧所損壞，使得鈣鈦太陽能電池能夠保持穩定；

與耐低溫玻璃箱連接且用于向耐低溫玻璃箱內注入液氮以降溫的液氮控溫裝置；

與耐低溫玻璃箱連接且用于對耐低溫玻璃箱內的待測試鈣鈦礦太陽能電池進行測試的測試裝置；

其中，所述測試裝置包括用于探測耐低溫玻璃箱內溫度并顯示的熱電阻設備、用于連接待測試鈣鈦礦太陽能電池的測試探頭以及對待測試鈣鈦礦太陽能電池進行測試的電化學工作站，所述熱電阻設備包括熱電阻探頭以及溫度顯示儀；