光电响应测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光电响应测量装置，包括斩波装置，所述斩波装置位于入射光和待测样品的光路之间；电流-电压转换装置，所述电流-电压转换装置和所述待测样品电连接，用于将所述待测样品的短路电流转换为与所述短路电流对应的电压；数据采集卡，所述数据采集卡和所述电流-电压转换装置电连接，用于测得与所述短路电流对应的电压的电压值；斩波控制电路，所述斩波控制电路与所述斩波装置和所述数据采集卡电连接，所述数据采集卡用于输出时钟信号至所述斩波控制电路，所述斩波控制电路根据所述时钟信号控制所述斩波装置以与所述时钟信号相应的频率开启和关闭。本发明专利技术的光电响应测量装置能够快速准确的测量半导体材料的响应光电流。

【技术实现步骤摘要】
光电响应测量装置
本专利技术涉及测量装置，具体涉及光电响应测量装置。
技术介绍
半导体的光电响应特性是半导体材料的一个很重要的性质，传统测量半导体材料 光电响应的方法主要有直流法和交流法。直流法是在某一激发波长下直接测量样品的光电 流响应值。这种方法直观简单，但是测量的响应值中包含了暗态下整个测量系统的背底信 号，使得测量不太准确；而如果每次测量都校正背底信号，会增加测量时间。图1是硅太阳 能电池和量子点敏化太阳能电池在暗态下的背底信号，这种背底信号一方面来自测试仪器 的系统误差，另一方面可能来自半导体材料本身，比如一些量子点材料具有较强的负背底 信号。由于背底信号会随着时间、环境、系统误差、材料特性的变化而发生变化，因此实时校 正背底信号是不现实的。交流法是以较高的频率对入射光进行调制，通过锁相放大器采集 半导体材料的交流响应信号。这种方法的测量结果比较准确，可以较好的屏蔽系统误差的 影响，但是成本较高。另外随着半导体材料的尺寸逐渐的向微纳米尺度发展，其缺陷态也变 多，导致半导体材料及器件的电容特性明显，响应速度较慢。图2是硅太阳能电池和量子点 敏化太阳能电池的光电响应曲线，其中量子点敏化太阳能电池的光电响应较慢，在较高的 调制频率下，来不及达到光电流响应的稳态值，使得测量值偏低。 因此，如何快速、准确的对半导体材料的光电响应进行测量是目前亟待解决的技 术问题。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供了一种光电响应测量装置， 以快速准确的测量半导体材料的响应光电流。 为了实现上述目的，本专利技术的一个实施例提供了一种光电响应测量装置，包括： 斩波装置，所述斩波装置位于入射光和待测样品的光路之间； 电流-电压转换装置，所述电流-电压转换装置和所述待测样品电连接，用于将所 述待测样品的短路电流转换为与所述短路电流对应的电压； 数据采集卡，所述数据采集卡和所述电流-电压转换装置电连接，用于测得与所 述短路电流对应的电压的电压值； 斩波控制电路，所述斩波控制电路与所述斩波装置和所述数据采集卡电连接，所 述数据采集卡用于输出时钟信号至所述斩波控制电路，所述斩波控制电路根据所述时钟信 号控制所述斩波装置以与所述时钟信号相应的频率开启和关闭。 优选的，还包括控制装置，所述控制装置和所述数据采集卡电连接，所述数据采集 卡根据所述控制装置输出的时钟产生信号而输出所述时钟信号。 优选的，还包括单色仪，所述单色仪位于入射光和所述斩波装置的光路之间，并与 所述控制装置电连接，所述单色仪根据所述控制装置输出的波长控制信号而射出与所述波 长控制信号相对应的波长的光线。 优选的，还包括样品台，所述待测样品位于所述样品台上。 优选的，还包括第一透镜组，所述第一透镜组位于所述斩波装置和所述样品台之 间，用于将入射到第一透镜组的光线会聚到所述待测样品上。 优选的，还包括偏光光源，所述偏光光源发射的光线入射到所述待测样品上。 优选的，还包括第二透镜组，所述第二透镜组位于所述偏光光源和所述待测样品 的光路之间，用于将所述偏光光源发射的光线会聚到所述待测样品上。 优选的，所述斩波装置为快门或斩波轮。 优选的，所述斩波装置开启和关闭的频率为0. 2HZ-10HZ。 本专利技术的光电响应测量装置成本低、测量时间短、消除了暗态下的背底信号对测 量结果的影响，提高了信噪比。 本专利技术的光电响应测量装置不受待测半导体材料电容特性大、光电响应速度慢的 影响，能够准确的测量待测样品的响应光电流。 【附图说明】 以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中： 图1是硅太阳能电池和量子点敏化太阳能电池在暗态下的背底信号。 图2是硅太阳能电池和量子点敏化太阳能电池的光电响应曲线图。 图3是根据本专利技术第一个实施例的光电响应测量装置的结构示意图。 图4是硅太阳能电池采用图3所示的光电响应测量装置得到的随着入射光波长变 化的响应光电流的曲线图。 图5是根据本专利技术第二个实施例的光电响应测量装置的结构示意图。 图6是硅太阳能电池和量子点敏化太阳能电池采用图5所示的光电响应测量装置 得到的光电响应曲线图。 图7是根据本专利技术第三个实施例的光电响应测量装置的结构示意图。 图8是量子点敏化太阳能电池采用图7所示的光电响应测量装置得到的IPCE曲 线图。 【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实 施例对本专利技术进一步详细说明。 图3是根据本专利技术第一个实施例的光电响应测量装置的结构示意图。如图3所示， 包括单色仪1、快门2、透镜组3、样品台4、电流-电压转换装置5、数据采集卡6、快门控制 电路7和控制装置8。 在入射光的方向上依次设置有单色仪1、快门2、透镜组3和样品台4,当快门2开 启时，入射光依次经过单色仪1、快门2、透镜组3,并经过透镜组3对入射光会聚后入射到 样品台4上的待测样品（图中未示出）上。电流-电压转换装置5和待测样品电连接，用于 将待测样品的响应光电流转化为电压。根据实际待测样品的响应光电流的大小，可以对响 应光电流进行放大或将响应光电流已经转化为电压的信号进行放大。数据采集卡6和电 流-电压转换装置5电连接，用于测量电流-电压转换装置5转化得到的电压值。数据采 集卡6同时与快门控制电路7和控制装置8电连接，控制装置8输出时钟产生信号至数据 采集卡，数据采集卡6根据时钟产生信号输出预定频率的方波时钟信号，快门控制电路7根 据该预定频率的方波时钟信号控制快门2以该频率开启和关闭。针对不同的待测样品的光 电响应速率不同，可以使得快门2以不同的频率开启和关闭，例如，通过控制装置8可以使 得快门2以0. 2Hz-10Hz频率开启和关闭，当待测样品的光电响应速率较慢时，可以控制快 门2以0. 2Hz-lHz的频率开启和关闭，从而在快门2开启时使得待测样品响应光电流达到 饱和值。快门2的开启和关闭是针对单色仪1出射的光线是否能够通过快门2而言的，即 当快门2开启时，从单色仪1出射的光线通过快门2入射到透镜组3上，并经过透镜组3对 光线会聚后入射到样品台4上的待测样品上；当快门2关闭时，光线不能通过快门2。控制 装置8和单色仪1电连接，用于调节使得单色仪1输出所设定波长的光线。 具有一定波长范围的光线入射到单色仪1的入射狭缝上，控制装置8控制单色仪 1输出波长为A的光线，波长为A的光线入射到快门2上，快门2以频率f开启和关闭， 当快门2处于开启时，从单色仪1出射的光线通过快门2入射到透镜组3上，并经过透镜组 3对光线会聚后入射到样品台4上的待测样品上，待测样品释放电子从而产生光电流，快门 2的开启和关闭之间的时间间隔应该大于待测样品的光电响应时间，这样可以使得待测样 品在快门2开启时响应的光电流达到饱和值，从而使得测量的光电流值准确、不会偏小。电 流-电压转换装置5将待测样品产生的光电流转换为电压。数据采集卡6测得待测样品在 快门2处于开启时的电压值。控制装置8将数据采集卡6每一刻测得的电压值显示出来， 从而在控制装置8上得到待测样品在快门2开启时的电压曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电响应测量装置，其特征在于，包括：斩波装置，所述斩波装置位于入射光和待测样品的光路之间；电流‑电压转换装置，所述电流‑电压转换装置和所述待测样品电连接，用于将所述待测样品的短路电流转换为与所述短路电流对应的电压；数据采集卡，所述数据采集卡和所述电流‑电压转换装置电连接，用于测得与所述短路电流对应的电压的电压值；斩波控制电路，所述斩波控制电路与所述斩波装置和所述数据采集卡电连接，所述数据采集卡用于输出时钟信号至所述斩波控制电路，所述斩波控制电路根据所述时钟信号控制所述斩波装置以与所述时钟信号相应的频率开启和关闭。

【技术特征摘要】
1. 一种光电响应测量装置，其特征在于，包括： 斩波装置，所述斩波装置位于入射光和待测样品的光路之间； 电流-电压转换装置，所述电流-电压转换装置和所述待测样品电连接，用于将所述待 测样品的短路电流转换为与所述短路电流对应的电压； 数据采集卡，所述数据采集卡和所述电流-电压转换装置电连接，用于测得与所述短 路电流对应的电压的电压值； 斩波控制电路，所述斩波控制电路与所述斩波装置和所述数据采集卡电连接，所述数 据采集卡用于输出时钟信号至所述斩波控制电路，所述斩波控制电路根据所述时钟信号控 制所述斩波装置W与所述时钟信号相应的频率开启和关闭。2. 根据权利要求1所述的光电响应测量装置，其特征在于，还包括控制装置，所述控制 装置和所述数据采集卡电连接，所述数据采集卡根据所述控制装置输出的时钟产生信号而 输出所述时钟信号。3. 根据权利要求2所述的光电响应测量装置，其特征在于，还包括单色仪，所述单色仪 位于入射光和所述斩波装置的光路之间，并与所述控制装置电连接，所述单...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆波，李春辉，吴会觉，罗艳红，李冬梅，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11