钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统技术方案

一种钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，属于新型能源、材料和电子技术领域。本发明专利技术的目的是通过光泵浦和电泵浦钙钛矿半导体LED的方法分别研究钙钛矿半导体LED器件在光泵浦及电泵浦下的运行机制，有助于明确钙钛矿半导体LED的工作机制及老化机理的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统。本发明专利技术包括连续激光器、脉冲激光器、拉曼激光器、短波发光二极管。本发明专利技术对于进行钙钛矿材料及基于钙钛矿材料的光电器件所开展研究的新型能源企业有重要价值，能够有效提高企业的生产效率，研究钙钛矿器件内的光物理过程，明确钙钛矿半导体LED器件内的载流子过程以及分析器件物理都有重要价值。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统
本专利技术属于新型能源、材料和电子

技术介绍
目前基于钙钛矿材料的光电器件各方面性能得到大幅度提升，但相对于商用光电器件仍有较大差距。在整个钙钛矿光电器件中钙钛矿半导体材料本身占据着最重要的地位，因此科研人员在对钙钛矿材料自身的表征和研究中投入了大量努力，并开发了众多优秀的测试系统，这直接推动了近年来钙钛矿半导体太阳能电池、钙钛矿半导体LED的迅猛发展。然而对于汇聚多种功能层材料于一体的钙钛矿半导体光电器件特别是钙钛矿半导体LED而言，仅仅关注钙钛矿半导体材料自身显然是不完备的，原因至少包括下面四点：首先在钙钛矿半导体LED制备过程中与钙钛矿材料紧邻的两层物质的化学性质对于钙钛矿材料的结晶以及稳定性会有很大的影响；其次，钙钛矿半导体LED中使用的载流子注入和载流子传输层对于器件的影响非常显著，会极大地影响器件性能；再者，多功能层的叠层器件引入的众多表界面对于钙钛矿材料自身以及最终的LED器件都有很大的影响；最后，传输层自身的稳定性会极大地限制器件的稳定性，比如目前钙钛矿半导体太阳能电池中最常用的空穴传输层Spiro-OMeTAD以及钙钛矿半导体LED中常用的PEDOT:PSS等都会导致器件不稳定。当前对于钙钛矿半导体LED器件的表征多仅限于钙钛矿半导体材料本身——通过多种表征仪器进行测试，例如通过光致量子效率测试、荧光光谱测试、SEM、XRD等测试技术来分析钙钛矿该有源层材料的成分及性能，但缺乏对钙钛矿半导体LED器件的全方面测试与分析。大部分研究组对于最终器件的表征还不够完善，大部分仅对器件效率、电流电压特性以及寿命进行了测试，而从多个角度对器件的性能进行分析及研究做得还不够全面，这对于最终实现高效、稳定的能够商用化的钙钛矿光电器件显然是无益的。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过光泵浦和电泵浦钙钛矿半导体LED的方法分别研究钙钛矿半导体LED器件在光泵浦及电泵浦下的运行机制，有助于明确钙钛矿半导体LED的工作机制及老化机理的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统。本专利技术包括连续激光器、脉冲激光器、拉曼激光器、短波发光二极管、空间光、FC接口导轨、FC接口、光纤、积分球观察窗、积分球、器件固定座、三维平移台、电源线、器件光致发光与电致发光示意图、吉时利源表、脉冲电源、半导体特性分析仪、FC接口座、光纤、滤光片、光纤、光谱仪、数据线、电脑、电脑控制三维平移台的信号线、电脑控制电源的信号线，滤光片，光电探测器；连续激光器：作为荧光量子产率测试所使用的光源，其波长为405nm，常用功率范围覆盖0.1~500mW，满足变激发强度测量PLQY的要求；脉冲激光器：用作高激发功率的瞬态泵浦光源，其主要特点为最高功率10W，最窄单脉冲脉宽100fs，最高单脉冲能量200uJ，最小重频1Hz，波长在200~1000nm范围内连续可调；拉曼激光器：作为拉曼光谱测试的必备光源，主要特性在于线宽极窄的单纵模激光，并且需要优异的光谱稳定性和功率稳定性；短波长发光二极管光源：用来为钙钛矿半导体材料的PL光谱测试提供光源，选用峰值波长为405nm的深蓝光发光二极管；积分球系统：集成了一个积分球、集成了多个FC光纤接口、多个线缆接口、一个观察窗、一个器件固定座及一个三维平移台；多个FC光纤接口用于引入光源系统产生的光子并导出钙钛矿半导体LED器件所产生的光子；多个线缆接口用于从源表引入驱动钙钛矿半导体LED器件的电缆线；观察窗用以确定激发光斑在样品上的激发区域且能够观察LED器件工作时的发光状态，该观察窗可与CCD连接集成；器件固定座用于固定和连接完成封装后的钙钛矿半导体LED器件，并且根据不同的器件封装方式更换不同的引脚座，不同的引脚座由螺丝固定在器件固定座上；三维平移台用于在XYZ三维尺度上对底座上的钙钛矿半导体LED器件进行平移，可以调整激发光斑在钙钛矿半导体材料上的激发位置；光谱仪系统：包括了两套不同的光谱探测装置，第一套用于探测钙钛矿半导体LED器件的荧光信号，第二套用于探测钙钛矿半导体LED器件中功能层材料的拉曼信号，两套探测装置都需要用到光纤、滤光片/衰减片安装座；电源系统：包括三套不同的设备源表吉时利2400、脉冲电源AVTECHAV1015B以及半导体分析仪吉时利4200；测量钙钛矿半导体LED器件电流电压特性、电压亮度特性以及电流-外量子效率特性时由吉时利2400供电，其电流、电压动态范围分别为10pA到10A,10uV到1100V，准确度可以达到0.012%；脉冲电源AVTECHAV1015B用于研究钙钛矿半导体LED器件再脉冲电压驱动下的工作特性，AVTECHAV1015B能够提供超过100V的脉冲电压，最高的单脉冲输出功率能够达到12.5W，脉冲信号的上升沿宽度小于7ns下降沿宽度小于4ns，在100V输出时最多可以实现1MHz重频；电脑主机系统承担对各个子系统进行通讯及指令控制，通过对各个子系统发送指令，可控制各个子系统的工作状态。本专利技术拉曼激光器需要使用到两种不同波长的拉曼激光器，分别为峰值在980nm和364nm的单模激光器，光谱线宽<0.2nm；980nm的激光器用于红光以及红外钙钛矿材料的拉曼测试，由于拉曼效应强度与波长的四次方成反比，因此在使用980nm的激光器作为拉曼光源时需要更高的功率，这里需要功率1~800mW连续可调。本专利技术系统初始化流程：光源、需要用到的电源、需要测试的内容，检测正常后，执行与光谱仪模块的指令交互，检测正常后，执行与光源模块的指令交互，检测正常后，与电源模块进行指令交互，检测正常后，将初始化信息显示到人机交互界面，方便工作人员查看。本专利技术脉冲激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程：首先打开测试系统及测试软件，确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，初始化正常，设置板卡的采样深度、采样间隔、分辨率、分频以及采样时间，其中荧光衰减时间测量是通过高增益光电探测器连接板卡实现，板卡集成到PC主机中，确认完成后再通过上位机软件采集暗光谱并扣除背底，扣除完成后应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背景噪声操作，直到暗噪声计数值小于10，再打开脉冲激光器，设置激发功率、激发脉宽、能量密度，待激光计数数值稳定后，在软件上确认采集激发光谱，并设置激发光谱范围为360nm到440nm，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后调节三维平移台回到初始位置。本专利技术拉曼激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程：首先打开测试系统及测试软件，确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，初始化正常，通过PLQY测试软件将拉曼光谱仪QEPro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，标准设置积分时间为100ms、平滑次数5次、平滑度为3，完成上述操作后需要对积分球以及光谱系统扣除暗背底，扣除背底之前需再次确认积分球内没有放置任何光源、输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：包括连续激光器、脉冲激光器、拉曼激光器、短波发光二极管、空间光、FC接口导轨、FC接口、光纤、积分球观察窗、积分球、器件固定座、三维平移台、电源线、器件光致发光与电致发光示意图、吉时利源表、脉冲电源、半导体特性分析仪、FC接口座、光纤、滤光片、光纤、光谱仪、数据线、电脑、电脑控制三维平移台的信号线、电脑控制电源的信号线，滤光片，光电探测器；/n连续激光器：作为荧光量子产率测试所使用的光源，其波长为405 nm，常用功率范围覆盖0.1 ~ 500 mW，满足变激发强度测量PLQY的要求；/n脉冲激光器：用作高激发功率的瞬态泵浦光源，其主要特点为最高功率10 W，最窄单脉冲脉宽100 fs，最高单脉冲能量200 uJ，最小重频1Hz，波长在200 ~ 1000 nm范围内连续可调；/n拉曼激光器：作为拉曼光谱测试的必备光源，主要特性在于线宽极窄的单纵模激光，并且需要优异的光谱稳定性和功率稳定性；/n短波长发光二极管光源：用来为钙钛矿半导体材料的PL光谱测试提供光源，选用峰值波长为405 nm的深蓝光发光二极管；/n积分球系统：集成了一个积分球、集成了多个FC光纤接口、多个线缆接口、一个观察窗、一个器件固定座及一个三维平移台；多个FC光纤接口用于引入光源系统产生的光子并导出钙钛矿半导体LED器件所产生的光子；多个线缆接口用于从源表引入驱动钙钛矿半导体LED器件的电缆线；观察窗用以确定激发光斑在样品上的激发区域且能够观察LED器件工作时的发光状态，该观察窗可与CCD连接集成；器件固定座用于固定和连接完成封装后的钙钛矿半导体LED器件，并且根据不同的器件封装方式更换不同的引脚座，不同的引脚座由螺丝固定在器件固定座上；三维平移台用于在XYZ三维尺度上对底座上的钙钛矿半导体LED器件进行平移，可以调整激发光斑在钙钛矿半导体材料上的激发位置；/n光谱仪系统：包括了两套不同的光谱探测装置，第一套用于探测钙钛矿半导体LED器件的荧光信号，第二套用于探测钙钛矿半导体LED器件中功能层材料的拉曼信号，两套探测装置都需要用到光纤、滤光片/衰减片安装座；/n电源系统：包括三套不同的设备源表吉时利2400、脉冲电源AVTECH AV1015B以及半导体分析仪吉时利4200；测量钙钛矿半导体LED器件电流电压特性、电压亮度特性以及电流-外量子效率特性时由吉时利2400供电，其电流、电压动态范围分别为10 pA到10 A, 10 uV到1100 V，准确度可以达到0.012%；脉冲电源AVTECH AV1015B用于研究钙钛矿半导体LED器件再脉冲电压驱动下的工作特性，AVTECH AV1015B能够提供超过100 V的脉冲电压，最高的单脉冲输出功率能够达到12.5 W，脉冲信号的上升沿宽度小于7 ns下降沿宽度小于4ns，在100V输出时最多可以实现1 MHz重频；/n电脑主机系统承担对各个子系统进行通讯及指令控制，通过对各个子系统发送指令，可控制各个子系统的工作状态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：包括连续激光器、脉冲激光器、拉曼激光器、短波发光二极管、空间光、FC接口导轨、FC接口、光纤、积分球观察窗、积分球、器件固定座、三维平移台、电源线、器件光致发光与电致发光示意图、吉时利源表、脉冲电源、半导体特性分析仪、FC接口座、光纤、滤光片、光纤、光谱仪、数据线、电脑、电脑控制三维平移台的信号线、电脑控制电源的信号线，滤光片，光电探测器；
连续激光器：作为荧光量子产率测试所使用的光源，其波长为405nm，常用功率范围覆盖0.1~500mW，满足变激发强度测量PLQY的要求；
脉冲激光器：用作高激发功率的瞬态泵浦光源，其主要特点为最高功率10W，最窄单脉冲脉宽100fs，最高单脉冲能量200uJ，最小重频1Hz，波长在200~1000nm范围内连续可调；
拉曼激光器：作为拉曼光谱测试的必备光源，主要特性在于线宽极窄的单纵模激光，并且需要优异的光谱稳定性和功率稳定性；
短波长发光二极管光源：用来为钙钛矿半导体材料的PL光谱测试提供光源，选用峰值波长为405nm的深蓝光发光二极管；
积分球系统：集成了一个积分球、集成了多个FC光纤接口、多个线缆接口、一个观察窗、一个器件固定座及一个三维平移台；多个FC光纤接口用于引入光源系统产生的光子并导出钙钛矿半导体LED器件所产生的光子；多个线缆接口用于从源表引入驱动钙钛矿半导体LED器件的电缆线；观察窗用以确定激发光斑在样品上的激发区域且能够观察LED器件工作时的发光状态，该观察窗可与CCD连接集成；器件固定座用于固定和连接完成封装后的钙钛矿半导体LED器件，并且根据不同的器件封装方式更换不同的引脚座，不同的引脚座由螺丝固定在器件固定座上；三维平移台用于在XYZ三维尺度上对底座上的钙钛矿半导体LED器件进行平移，可以调整激发光斑在钙钛矿半导体材料上的激发位置；
光谱仪系统：包括了两套不同的光谱探测装置，第一套用于探测钙钛矿半导体LED器件的荧光信号，第二套用于探测钙钛矿半导体LED器件中功能层材料的拉曼信号，两套探测装置都需要用到光纤、滤光片/衰减片安装座；
电源系统：包括三套不同的设备源表吉时利2400、脉冲电源AVTECHAV1015B以及半导体分析仪吉时利4200；测量钙钛矿半导体LED器件电流电压特性、电压亮度特性以及电流-外量子效率特性时由吉时利2400供电，其电流、电压动态范围分别为10pA到10A,10uV到1100V，准确度可以达到0.012%；脉冲电源AVTECHAV1015B用于研究钙钛矿半导体LED器件再脉冲电压驱动下的工作特性，AVTECHAV1015B能够提供超过100V的脉冲电压，最高的单脉冲输出功率能够达到12.5W，脉冲信号的上升沿宽度小于7ns下降沿宽度小于4ns，在100V输出时最多可以实现1MHz重频；
电脑主机系统承担对各个子系统进行通讯及指令控制，通过对各个子系统发送指令，可控制各个子系统的工作状态。


2.根据权利要求1所述的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：拉曼激光器需要使用到两种不同波长的拉曼激光器，分别为峰值在980nm和364nm的单模激光器，光谱线宽<0.2nm；980nm的激光器用于红光以及红外钙钛矿材料的拉曼测试，由于拉曼效应强度与波长的四次方成反比，因此在使用980nm的激光器作为拉曼光源时需要更高的功率，这里需要功率1~800mW连续可调。


3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄大卫，幸世宇，连亚霄，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33