应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置，包括分光镜、第一光学参量放大器、第二光学参量放大器、泵浦光处理模块、激发光处理模块、光伏器件和测量模块；一束超短脉冲激光由分光镜分为两束，其中一束超短脉冲激光由第一光学参量放大器转化为一束可见光波段的泵浦光，该束泵浦光由泵浦光处理模块进行延时、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件上，另外一束超短脉冲激光由第二光学参量放大器转化为一束近红外波段的激发光，该束激发光由激发光处理模块进行降频、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件上。采用本发明专利技术的装置，能实现电荷俘获动力学过程的测量，具有时间分辨率高、可调谐、适用范围广等优点。

Carrier dynamic process measuring device applied to photovoltaic devices

The invention discloses a carrier dynamics process measuring device applied to photovoltaic devices, which comprises a spectroscope, a first optical parametric amplifier, a second optical parametric amplifier, a pump optical processing module, an excitation optical processing module, a photovoltaic device and a measuring module; an ultrashort pulse laser is divided into two beams by a spectroscope, and the optical parametric amplifier is a pump optical processing module, an excitation optical processing module, a photovoltaic device and a measuring module. One ultrashort pulse laser is converted from the first optical parametric amplifier into a visible-light-band pump light. The pump light is delayed, attenuated and polarized by the pump light processing module and focused on the photovoltaic device. The other ultrashort pulse laser is converted from the second optical parametric amplifier into a near-infrared-band laser. The excitation light is reduced, attenuated and polarized by the excitation light processing module to focus on the photovoltaic device. The device of the invention can measure the dynamic process of charge capture, and has the advantages of high time resolution, tunability and wide application range.

【技术实现步骤摘要】
应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置
本专利技术属于载流子超快动力学测量
，具体涉及一种应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置。
技术介绍
胶体量子点(如CdSe，CdS，PbSe和PbS)因量子尺寸效应，禁带宽度可调，且制备成本低，可以在溶液中利用胶体化学法合成，而受到广泛的关注。另外，由于空间尺寸受限引起强烈的载流子相互作用，导致量子点展现出了许多新奇的物理过程，如超快俄歇作用和载流子倍增效应。其中，PbS量子点的禁带宽度为0.41eV，可用于光伏器件将光灵敏度拓展到近红外波段。通过优化量子点结构与量子点表面的配体，基于该量子点的光伏器件性能虽然得到大幅提升，但是光电转化效率仍然很低(<10％)。因此，无论从商用还是科研的角度，光伏器件的性能仍需进一步提升。为了达到这一目标，清楚地理解材料性能和载流子俘获机制至关重要。限制光电转化效率的一个重要因素是从有源层提取电荷的效率低。量子点表面存在的大量缺陷，容易形成局域的表面态。这些缺陷态作为俘获中心可以俘获光生载流子，降低电荷的迁移率，增加复合的几率，因而这就限制了器件的厚度以及光吸收的效率。因此，控制量子点表面缺陷的浓度与深度成了提高光电转化效率的关键因素。电荷产生、俘获以及复合过程发生在不同的时间尺度上，一般发生在光激发后的数纳秒(ns)以内。目前材料中载流子产生、跃迁与弛豫等超快过程的研究，主要利用飞秒泵浦-探测的方法。一束强的激光脉冲作为泵浦光，用激光来引起材料性质的变化；一束弱的激光脉冲作为探测光，用于探测泵浦光引起的性质变化。通过空间上的位置变化获得光束在时间上的延迟。改变光学延迟线的距离，使得泵浦光和探测光之间有不同的时间延迟，测量探测光透过材料之后的强度变化。该强度变化反映了材料中激发态载流子的弛豫过程。通过建立探测光强度与时间延迟的关系，就可以得到载流子跃迁与弛豫的时间分辨过程。探测光和泵浦光的波长可以不同，可分为单色、双色或者多色泵浦探测。最新的研究表明，量子点瞬态吸收过程与移动的载流子和俘获的载流子都有关系，实验得到的图像是一个共同作用的结果。除了微波和太赫兹波(THz)能够探测局域光电导外，纯光学方法既不能把自由载流子和束缚电荷区分开，也不能给出光谱观测量与器件性能的直接关系。另一方面，泵浦探测技术对光伏器件要求较高，比如要求光伏器件具有一定的透光性，而且透过光伏器件的探测光束不能发生明显的散射等。大多数情况下，当把量子点封装成光伏器件后，泵浦-探测技术已经不再适用。因此，急需设计一款适合光伏器件的载流子动力学过程测量装置。
技术实现思路
为解决不能测量光伏器件中电荷俘获动力学过程的技术问题，本专利技术提供一种应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置，能实现电荷俘获动力学过程的测量。为实现上述目的，本专利技术技术方案如下：一种应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置，其要点在于：包括分光镜、第一光学参量放大器、第二光学参量放大器、泵浦光处理模块、激发光处理模块、光伏器件和测量模块；一束超短脉冲激光由分光镜分为两束，其中一束超短脉冲激光由第一光学参量放大器转化为一束可见光波段的泵浦光，该束泵浦光由泵浦光处理模块进行延时、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件上，并由测量模块测量得到本底电流I，另外一束超短脉冲激光由第二光学参量放大器转化为一束近红外波段的激发光，该束激发光由激发光处理模块进行降频、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件上，并由测量模块在测得本底电流I后测量得到信号电流I1，其中，泵浦光早于激发光到达光伏器件上。采用以上结构，可见光波段的泵浦光辐照处于可工作的光伏器件上，产生自由载流子和俘获载流子，自由载流子形成一个参考电流，即本底电流I；在一定时间延迟后，近红外波段的激发光辐照同一光伏器件，将被由泵浦光产生的电子和空穴吸收，因此给它们提供了额外的能量，如果这些载流子是自由载流子，它们的动力学过程不会受到这些额外能量的影响，将会快速返回到激发前的状态，如果这些是被浅能级俘获的电荷，额外的能量能够使载流子去俘获，因此为光伏器件提供了额外的信号电流I1；调节泵浦光处理模块的延时时间，就能改变激发光相对泵浦光的时间延迟，获得不同时刻的电流信号，由此可以得到I1/I随着延迟时间的关系，进而获得载流子俘获与去俘获的动力学过程，其中，归一化的I1/I反映的是器件中俘获态的相对量。作为优选：所述泵浦光处理模块包括依次设置在第一光学参量放大器和光伏器件之间的延时组件、半波片、第一偏振片和第一聚焦透镜。采用以上结构，通过延时组件可以控制激发光相对泵浦光的时间延迟，通过半波片结合第一偏振片能够衰减泵浦光，通过第一偏振片可沿确定泵浦光的偏振，而通过第一聚焦透镜则能够将泵浦光聚焦到光伏器件上。作为优选：所述延时组件包括平移台和设置在平移台上的中空回射器，所述中空回射器位于第一光学参量放大器和半波片之间。采用以上结构，平移台采用高精度平移台，通过调节中空回射器在平移台上的位置能够精确控制泵浦光相对激发光的时间延迟，操作便捷，易于实现。作为优选：所述第一光学参量放大器为宽带非共线飞秒光参量放大器，所述半波片为宽带半波片。采用以上结构，宽带非共线飞秒光参量放大器受超短脉冲激光照射后能够产生可见光波段的泵浦光，而宽带半波片结合第一偏振片则能够对泵浦光起到衰减的效果。作为优选：所述激发光处理模块包括依次设置在第二光学参量放大器和光伏器件之间的光学衰减片、斩波器、第二偏振片和第二聚焦透镜。采用以上结构，通过斩波器能够精确控制激发光的重复频率，通过光学衰减片能够衰减激发光，通过第二偏振片可沿确定激发光的偏振，而通过第二聚焦透镜则能够将激发光聚焦到光伏器件上作为优选：在所述第二偏振片和第二聚焦透镜之间设置有小孔光阑。采用以上结构，能够滤除干扰激光。作为优选：所述第二光学参量放大器为近红外波段飞秒脉冲光学参量放大器，所述光学衰减片为中性滤波片。采用以上结构，近红外波段飞秒脉冲光学参量放大器受超短脉冲激光照射后能够产生近红外波段的激发光，中性滤波片能够承受激发光的高强度照射，并有效衰减激发光。作为优选：所述光伏器件包括呈层状结构且依次贴合的玻璃层、透明电极层、空穴传输层、量子点吸光层、空穴阻挡层和电子传输层，在所述电子传输层设置有金属电极，其中，所述量子点吸光层为PbS量子层。采用以上结构，PbS量子点的禁带宽度为0.41eV，可用于光伏器件将光灵敏度拓展到近红外波段，制备成本低。作为优选：所述测量模块包括低噪声电流放大器和锁相放大器，所述低噪声电流放大器的输入端分别与透明电极层和金属电极电连接，该低噪声电流放大器的输出端与锁相放大器电连接。采用以上结构，光伏器件产生的电流经低噪声电流放大器放大后由锁相放大器进行放大测量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用本专利技术提供的应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置，通过泵浦-激发的方式测量瞬态光电流获得光伏器件中束缚电荷的信息，可以在光伏器件工作状态下进行测量，无需开展分解实验；通过改变泵浦光与激发光的相对偏振方向，可以得到不同偏振配置情况下的时间分辨电流，从而得到光伏器件的各向异性参数；测量分辨率可以根据测量需求不同调节；并且，适用范围广，不仅适用于光伏器件，也适用于其他类似的有源器件；因此，本专利技术具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置，其特征在于：包括分光镜(1)、第一光学参量放大器(2)、第二光学参量放大器(12)、泵浦光处理模块、激发光处理模块、光伏器件(23)和测量模块；一束超短脉冲激光由分光镜(1)分为两束，其中一束超短脉冲激光由第一光学参量放大器(2)转化为一束可见光波段的泵浦光，该束泵浦光由泵浦光处理模块进行延时、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件(23)上，并由测量模块测量得到本底电流I，另外一束超短脉冲激光由第二光学参量放大器(12)转化为一束近红外波段的激发光，该束激发光由激发光处理模块进行降频、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件(23)上，并由测量模块测量得到信号电流I1，其中，泵浦光早于激发光到达光伏器件(23)上。

【技术特征摘要】
1.一种应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置，其特征在于：包括分光镜(1)、第一光学参量放大器(2)、第二光学参量放大器(12)、泵浦光处理模块、激发光处理模块、光伏器件(23)和测量模块；一束超短脉冲激光由分光镜(1)分为两束，其中一束超短脉冲激光由第一光学参量放大器(2)转化为一束可见光波段的泵浦光，该束泵浦光由泵浦光处理模块进行延时、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件(23)上，并由测量模块测量得到本底电流I，另外一束超短脉冲激光由第二光学参量放大器(12)转化为一束近红外波段的激发光，该束激发光由激发光处理模块进行降频、衰减和偏振处理后聚焦到光伏器件(23)上，并由测量模块测量得到信号电流I1，其中，泵浦光早于激发光到达光伏器件(23)上。2.根据权利要求1所述的应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置，其特征在于：所述泵浦光处理模块包括依次设置在第一光学参量放大器(2)和光伏器件(23)之间的延时组件、半波片(9)、第一偏振片(10)和第一聚焦透镜(11)。3.根据权利要求2所述的应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置，其特征在于：所述延时组件包括平移台(4)和设置在平移台(4)上的中空回射器(5)，所述中空回射器(5)位于第一光学参量放大器(2)和半波片(9)之间。4.根据权利要求2或3所述的应用于光伏器件的载流子动力学过程测量装置，其特征在于：所述第一光学参量放大器(2)为宽带非共线飞秒光参量放大器，所述半...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祥明，理玉龙，查为懿，徐涛，魏惠月，彭晓世，关赞洋，王峰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51