制备钙钛矿半导体光电器件的在线实时监测系统技术方案

一种制备钙钛矿半导体光电器件的在线实时监测系统，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在现有制备钙钛矿半导体的手套箱系统上做一定的改进，从而将光源系统、光谱仪系统、光学显微镜及摄像头系统、热像仪系统各个子系统整合到一起的制备钙钛矿半导体光电器件的在线实时监测系统。本发明专利技术分为机械部分和电子控制部分。本发明专利技术对比分析基于不同时间尺度的多个设备的监测结果，有助于明确钙钛矿半导体生长过程中的形貌变化，对钙钛矿半导体生长过程进行清晰研究，为实现高性能的钙钛矿光电器件提供了监测技术，有利于加快钙钛矿光电器件应用进程。

【技术实现步骤摘要】
制备钙钛矿半导体光电器件的在线实时监测系统
本专利技术属于新型能源、材料和电子

技术介绍
目前基于钙钛矿半导体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，而钙钛矿半导体作为光电器件中的有源层在器件性能方面占有很重要的作用，故对于钙钛矿半导体形成过程进行充分研究有助于提升和优化基于钙钛矿半导体的光电器件性能。当前对于钙钛矿功能层的表征多是在材料制备完成后，通过多种表征仪器进行性能测试，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半导体的成分及性能，而没有对钙钛矿半导体形成过程进行实时监测分析。应用溶液法制备基于钙钛矿半导体的发光二极管、太阳能电池和探测器，目前已经得到多个领域人员的广泛关注，且性能也得到大幅度提升，发光二极管、太阳能电池、探测器的性能越来越接近基于无机材料、有机材料的商用光电器件性能，但是仍旧存在较多的问题，例如稳定性、效率滚降、对水氧敏感等方面问题，如果能够对这些出问题的机制进行更清晰的监测，对于出问题的方面做出相应的改进措施，这有利于进一步改善光电器件性能，从而大大加快基于钙钛矿光电器件的商业化进程。而要监测钙钛矿半导体形成的方面，需要采用多种测量设备对其形成过程进行多方面监测，目前对于这些测试存在于两个方面，一方面是由于设备多为分离系统，难以兼容到一起进行测试，故难以对测试指标进行多方位实时监测。另一方面是现在很多测试是离线测试，不能够进行测试过程的数据实时监测，在后期实验数据分析时，对于钙钛矿半导体形成过程并没有准确的按照时间尺度保存，故难以对钙钛矿半导体在形成过程中所发生的变化形成更清晰的认识。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过在现有制备钙钛矿半导体的手套箱系统上做一定的改进，从而将光源系统、光谱仪系统、光学显微镜及摄像头系统、热像仪系统各个子系统整合到一起的制备钙钛矿半导体光电器件的在线实时监测系统。本专利技术分为机械部分和电子控制部分；机械传动部分：在手套箱内通过横隔板分为上下两个区域，在横隔板上有表面放置旋涂机上样品的旋涂机和表面放置热台上样品的热台模块，在手套箱下部区域依次放置有光源模块、光谱仪模块、显微镜模块、热像仪模块、中控机系统模块、人机交互模块，在手套箱上面安装有步进电机导轨，步进电机滑动的方式与步进电机导轨配合安装，步进电机下端安装有探头固定平台，在探头固定平台上依次安装有光源探头模块、光谱仪探头模块、显微镜探头模块、热像仪探头模块，步进电机控制模块安装在步进电机导轨侧面的手套箱上；电子控制部分：包括光谱仪模块、光学显微镜及摄像头模块、热像仪模块、电控模块数据程序存储电路、短路保护电路、步进电机限位电路、24V转15V电路、15V转5V电路、5V隔离电源实现电路、5V转3.3V电路、过压保护电路、中控系统与X轴步进电机通讯电路、中控系统与Y轴步进电机通讯电路、中控系统与人机交互模块、过温保护电路、步进电机模块控制步进电机电路、中电控模块与步进电机模块通讯电路、主控芯片电路；光谱仪模块：光纤接口连接光谱仪探头模块，光纤接口与光谱仪连接，通讯接口连接光谱仪与中控系统模块；光学显微镜及摄像头模块：透镜模块连接光学显微镜镜头组模块，通讯接口连接光学显微镜的摄像头及中控系统模块；热像仪模块：透镜模块连接热像仪探头模块和热像仪，通讯接口连接热像仪和中控系统模块；电控模块数据程序存储电路：电阻R37的2脚、R36的2脚和芯片U12的10脚连接，电阻R36的1脚、芯片U12的4脚、电阻R41的1脚接+3.3V，电阻R41的2脚接芯片U12的1脚，芯片U12的6脚、3脚、12脚、13脚、14脚、15脚接GND；电阻R37的1脚接主控芯片U20的55脚，芯片U12的7脚、5脚、2脚、1脚分别接主控芯片U20的56脚、57脚、58脚和59脚；短路保护电路：电阻R7的2脚、R8的1脚、R10的1脚和电容C4的1脚连接，电容C4的2脚和电阻R7的1脚接GND，电阻R9的2脚、R12的1脚、电阻R11的1脚和电容C5的1脚连接，电容C5的2脚和电阻R12的2脚接GND，电阻R10的2脚、R3的1脚、C1的1脚接运放U2A的反向输入端2脚，电阻R11的3脚、R13的1脚接运放U2A的正向输入端3脚，电阻R13的2脚接GND，电容C1的2脚、电阻R3的2脚接运放U2A的输出脚1脚，稳压二极管D1的1脚接运放U2A的1脚，接主控芯片U20的42脚，D2的2脚接GND；步进电机限位电路：电阻R22的1脚接+5V，电阻R22的2脚、电容C19的1脚接限位传感器接口P3的1脚，电容C19的2脚、限位传感器接口P3的2脚接GND；24V转15V电路：+24V接二极管D2的1脚，D2的2脚、稳压管D3的1脚、滤波电容C20的1脚接三端稳压器U6的1脚，稳压管D3的2脚、滤波电容C20的2脚、三端稳压器U6的2脚、滤波电容C18的2脚接GND，滤波电容C18的1脚接U6的3脚输出+15V，接15V转5V电路U8的3脚；15V转5V电路：滤波电容C22的1脚、滤波电容C23的1脚接三端稳压器U8的3脚，滤波电容C24的1脚、滤波电容C25的1脚接三端稳压器U8的2脚输出+5V，滤波电容C22的2脚、C23的2脚、C24的2脚、C25的2脚、U7的1脚接GND；5V隔离电源实现电路：+5V接15V转5V电路U8的2脚，直流滤波电容C13的1脚接电源隔离模块U4的14脚，直流滤波电容13的2脚、电源隔离模块U4的1脚接GND，电源隔离模块U4的9脚接直流滤波电容C14的1脚输出隔离+5V，电源隔离模块U4的11脚接直流滤波电容C14的2脚输出隔离GND；5V转3.3V电路：+5V接15V转5V电路U8的2脚，直流滤波电容C26的1脚、C27的1脚接三端稳压器U10的3脚，直流滤波电容C28的1脚、C29的1脚接三端稳压器U10的2脚输出+3.3V，直流滤波电容C26的2脚、C27的2脚、C28的2脚、C29的2脚、三端稳压器U10的1脚接GND；过压保护电路：电阻R18的1脚接Vout_H，电阻R18的2脚、R19的1脚接运放U2B的反向输入端6脚，电阻R19的2脚接GND，电阻R20的1脚接+12V，3脚接GND，2脚接电阻R21的1脚，电阻R21的2脚接运放U2B的正向输入端5脚，U2B的输出端接主控芯片U20的41脚；中控系统与X轴步进电机通讯电路：缓冲芯片U11的2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚分别接主控芯片U20的95脚、51脚、96脚、52脚、47脚、48脚，缓冲芯片的2脚接电阻R32的1脚，4脚接电阻R33的1脚，6脚接电阻R34的1脚，8脚接电阻R35的1脚，电阻R32的2脚、R33的2脚、R34的2脚、R35的2脚接GND，U11的1脚、10脚、19脚接GND，U11的20脚接+5V，18脚、16脚、14脚接接插件P4的4脚、5脚、6脚，P4的1脚接+15V，2脚接GND，3脚接+5V，U11的12脚接P5的1脚，P5的2脚接G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备钙钛矿半导体光电器件的在线实时监测系统，其特征在于：分为机械部分和电子控制部分；/n机械传动部分：在手套箱（L-19）内通过横隔板分为上下两个区域，在横隔板上有表面放置旋涂机上样品（L-9）的旋涂机（L-10）和表面放置热台上样品（L-18）的热台模块（L-17），在手套箱（L-19）下部区域依次放置有光源模块（L-11）、光谱仪模块（L-12）、显微镜模块（L-13）、热像仪模块（L-14）、中控机系统模块（L-15）、人机交互模块（L-16），在手套箱（L-19）上面安装有步进电机导轨（L-2），步进电机（L-3）滑动的方式与步进电机导轨（L-2）配合安装，步进电机（L-3）下端安装有探头固定平台（L-4），在探头固定平台（L-4）上依次安装有光源探头模块（L-5）、光谱仪探头模块（L-6）、显微镜探头模块（L-7）、热像仪探头模块（L-8），步进电机控制模块（L-1）安装在步进电机导轨（L-2）侧面的手套箱（L-19）上；/n电子控制部分：包括光谱仪模块、光学显微镜及摄像头模块、热像仪模块、电控模块数据程序存储电路、短路保护电路、步进电机限位电路、24V转15V电路、15V转5V电路、5V隔离电源实现电路、5V转3.3V电路、过压保护电路、中控系统与X轴步进电机通讯电路、中控系统与Y轴步进电机通讯电路、中控系统与人机交互模块、过温保护电路、步进电机模块控制步进电机电路、中电控模块与步进电机模块通讯电路、主控芯片电路；/n光谱仪模块：光纤接口连接光谱仪探头模块，光纤接口与光谱仪连接，通讯接口连接光谱仪与中控系统模块；/n光学显微镜及摄像头模块：透镜模块连接光学显微镜镜头组模块，通讯接口连接光学显微镜的摄像头及中控系统模块；/n热像仪模块：透镜模块连接热像仪探头模块和热像仪，通讯接口连接热像仪和中控系统模块；/n电控模块数据程序存储电路：电阻R37的2脚、R36的2脚和芯片U12的10脚连接，电阻R36的1脚、芯片U12的4脚、电阻R41的1脚接+3.3V，电阻R41的2脚接芯片U12的1脚，芯片U12的6脚、3脚、12脚、13脚、14脚、15脚接GND；电阻R37的1脚接主控芯片U20的55脚，芯片U12的7脚、5脚、2脚、1脚分别接主控芯片U20的56脚、57脚、58脚和59脚；/n短路保护电路：电阻R7的2脚、R8的1脚、R10的1脚和电容C4的1脚连接，电容C4的2脚和电阻R7的1脚接GND，电阻R9的2脚、R12的1脚、电阻R11的1脚和电容C5的1脚连接，电容C5的2脚和电阻R12的2脚接GND，电阻R10的2脚、R3的1脚、C1的1脚接运放U2A的反向输入端2脚，电阻R11的3脚、R13的1脚接运放U2A的正向输入端3脚，电阻R13的2脚接GND，电容C1的2脚、电阻R3的2脚接运放U2A的输出脚1脚，稳压二极管D1的1脚接运放U2A的1脚，接主控芯片U20的42脚，D2的2脚接GND；/n步进电机限位电路：电阻R22的1脚接+5V，电阻R22的2脚、电容C19的1脚接限位传感器接口P3的1脚，电容C19的2脚、限位传感器接口P3的2脚接GND；/n24V转15V电路：+24V接二极管D2的1脚，D2的2脚、稳压管D3的1脚、滤波电容C20的1脚接三端稳压器U6的1脚，稳压管D3的2脚、滤波电容C20的2脚、三端稳压器U6的2脚、滤波电容C18的2脚接GND，滤波电容C18的1脚接U6的3脚输出+15V，接15V转5V电路U8的3脚；/n15V转5V电路：滤波电容C22的1脚、滤波电容C23的1脚接三端稳压器U8的3脚，滤波电容C24的1脚、滤波电容C25的1脚接三端稳压器U8的2脚输出+5V，滤波电容C22的2脚、C23的2脚、C24的2脚、C25的2脚、U7的1脚接GND；/n5V隔离电源实现电路：+5V接15V转5V电路U8的2脚，直流滤波电容C13的1脚接电源隔离模块U4的14脚，直流滤波电容13的2脚、电源隔离模块U4的1脚接GND，电源隔离模块U4的9脚接直流滤波电容C14的1脚输出隔离+5V，电源隔离模块U4的11脚接直流滤波电容C14的2脚输出隔离GND；/n5V转3.3V电路：+5V接15V转5V电路U8的2脚，直流滤波电容C26的1脚、C27的1脚接三端稳压器U10的3脚，直流滤波电容C28的1脚、C29的1脚接三端稳压器U10的2脚输出+3.3V，直流滤波电容C26的2脚、C27的2脚、C28的2脚、C29的2脚、三端稳压器U10的1脚接GND；/n过压保护电路：电阻R18的1脚接Vout_H，电阻R18的2脚、R19的1脚接运放U2B的反向输入端6脚，电阻R19的2脚接GND，电阻R20的1脚接+12V，3脚接GND，2脚接电阻R21的1脚，电阻R21的2脚接运放U2B的正向...

【技术特征摘要】
1.一种制备钙钛矿半导体光电器件的在线实时监测系统，其特征在于：分为机械部分和电子控制部分；
机械传动部分：在手套箱（L-19）内通过横隔板分为上下两个区域，在横隔板上有表面放置旋涂机上样品（L-9）的旋涂机（L-10）和表面放置热台上样品（L-18）的热台模块（L-17），在手套箱（L-19）下部区域依次放置有光源模块（L-11）、光谱仪模块（L-12）、显微镜模块（L-13）、热像仪模块（L-14）、中控机系统模块（L-15）、人机交互模块（L-16），在手套箱（L-19）上面安装有步进电机导轨（L-2），步进电机（L-3）滑动的方式与步进电机导轨（L-2）配合安装，步进电机（L-3）下端安装有探头固定平台（L-4），在探头固定平台（L-4）上依次安装有光源探头模块（L-5）、光谱仪探头模块（L-6）、显微镜探头模块（L-7）、热像仪探头模块（L-8），步进电机控制模块（L-1）安装在步进电机导轨（L-2）侧面的手套箱（L-19）上；
电子控制部分：包括光谱仪模块、光学显微镜及摄像头模块、热像仪模块、电控模块数据程序存储电路、短路保护电路、步进电机限位电路、24V转15V电路、15V转5V电路、5V隔离电源实现电路、5V转3.3V电路、过压保护电路、中控系统与X轴步进电机通讯电路、中控系统与Y轴步进电机通讯电路、中控系统与人机交互模块、过温保护电路、步进电机模块控制步进电机电路、中电控模块与步进电机模块通讯电路、主控芯片电路；
光谱仪模块：光纤接口连接光谱仪探头模块，光纤接口与光谱仪连接，通讯接口连接光谱仪与中控系统模块；
光学显微镜及摄像头模块：透镜模块连接光学显微镜镜头组模块，通讯接口连接光学显微镜的摄像头及中控系统模块；
热像仪模块：透镜模块连接热像仪探头模块和热像仪，通讯接口连接热像仪和中控系统模块；
电控模块数据程序存储电路：电阻R37的2脚、R36的2脚和芯片U12的10脚连接，电阻R36的1脚、芯片U12的4脚、电阻R41的1脚接+3.3V，电阻R41的2脚接芯片U12的1脚，芯片U12的6脚、3脚、12脚、13脚、14脚、15脚接GND；电阻R37的1脚接主控芯片U20的55脚，芯片U12的7脚、5脚、2脚、1脚分别接主控芯片U20的56脚、57脚、58脚和59脚；
短路保护电路：电阻R7的2脚、R8的1脚、R10的1脚和电容C4的1脚连接，电容C4的2脚和电阻R7的1脚接GND，电阻R9的2脚、R12的1脚、电阻R11的1脚和电容C5的1脚连接，电容C5的2脚和电阻R12的2脚接GND，电阻R10的2脚、R3的1脚、C1的1脚接运放U2A的反向输入端2脚，电阻R11的3脚、R13的1脚接运放U2A的正向输入端3脚，电阻R13的2脚接GND，电容C1的2脚、电阻R3的2脚接运放U2A的输出脚1脚，稳压二极管D1的1脚接运放U2A的1脚，接主控芯片U20的42脚，D2的2脚接GND；
步进电机限位电路：电阻R22的1脚接+5V，电阻R22的2脚、电容C19的1脚接限位传感器接口P3的1脚，电容C19的2脚、限位传感器接口P3的2脚接GND；
24V转15V电路：+24V接二极管D2的1脚，D2的2脚、稳压管D3的1脚、滤波电容C20的1脚接三端稳压器U6的1脚，稳压管D3的2脚、滤波电容C20的2脚、三端稳压器U6的2脚、滤波电容C18的2脚接GND，滤波电容C18的1脚接U6的3脚输出+15V，接15V转5V电路U8的3脚；
15V转5V电路：滤波电容C22的1脚、滤波电容C23的1脚接三端稳压器U8的3脚，滤波电容C24的1脚、滤波电容C25的1脚接三端稳压器U8的2脚输出+5V，滤波电容C22的2脚、C23的2脚、C24的2脚、C25的2脚、U7的1脚接GND；
5V隔离电源实现电路：+5V接15V转5V电路U8的2脚，直流滤波电容C13的1脚接电源隔离模块U4的14脚，直流滤波电容13的2脚、电源隔离模块U4的1脚接GND，电源隔离模块U4的9脚接直流滤波电容C14的1脚输出隔离+5V，电源隔离模块U4的11脚接直流滤波电容C14的2脚输出隔离GND；
5V转3.3V电路：+5V接15V转5V电路U8的2脚，直流滤波电容C26的1脚、C27的1脚接三端稳压器U10的3脚，直流滤波电容C28的1脚、C29的1脚接三端稳压器U10的2脚输出+3.3V，直流滤波电容C26的2脚、C27的2脚、C28的2脚、C29的2脚、三端稳压器U10的1脚接GND；
过压保护电路：电阻R18的1脚接Vout_H，电阻R18的2脚、R19的1脚接运放U2B的反向输入端6脚，电阻R19的2脚接GND，电阻R20的1脚接+12V，3...

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