一种原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统及方法，测试系统包括真空腔体，所述真空腔体内设置有调节支架和置放样品的样品台，所述调节支架上设置有硅漂移探测器，所述真空腔体外设置有向真空腔体内的所述样品发射软X射线的同步辐射X射线装置，所述硅漂移探测器采集所述样品的XRF荧光发射谱并将其传输至设置在真空腔体外的光谱处理装置。本发明专利技术的系统通过向样品发射变能量的同步辐射软X射线，并收集XRF荧光发射谱，从而可在量子点制备的原位过程中，对TiO2/量子点界面的化学结构，包括化学价态，杂质态，电子结构等进行实时研究。实时研究。实时研究。

【技术实现步骤摘要】
一种原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及电池与检测
，更具体地涉及一种原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统及方法。

技术介绍

[0002]在我国当今的能源利用中，煤炭占总体消费的70％，其燃烧过程中大量的碳排放已成为我国城市环境的主要污染源之一，严重威胁居民的健康和城市的形象。随着社会环保意识的不断提高和环保要求的日益严格，高效率的清洁新能源越来越受到青睐。太阳能具有清洁、使用安全、取之不尽且不受地理条件限制等诸多优点，是解决日益枯竭的地球资源和环境问题的理想能源，但目前太阳能发电相对成本高，光电转化效率低且部分太阳能电池器件稳定性不高，阻碍了其市场化进程。因此开发高效率低成本和高稳定性的太阳能电池是新能源研究的重要课题。
[0003]在太阳能电池行业中，基于单晶硅的第一代太阳能电池仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，硅材料消耗量大且转换效率已接近理论极限值，进一步发展空间有限。而基于非晶硅等第二代薄膜太阳能电池的厚度为微米量级，可以使用廉价玻璃、柔性塑料及不锈钢薄片为衬底材料，大幅降低制作成本，但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。而基于低成本易制备的半导体纳米材料(包括量子点敏化太阳能电池)的第三代太阳能电池由于纳米材料的独特性质，有望在理论上突破肖克利
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奎伊瑟极限效率，进一步提升电池的效率。
[0004]目前，要实现第三代半导体纳米材料的电化学电池，包括量子点敏化太阳能电池性能的突破，首先要解决其电子和空穴复合的问题，而界面往往是载流子复合产生的重要原因。通常借助紫外光电子能谱UPS研究量子点敏化太阳能电池，但紫外光电子能谱UPS有如下不足：(1)UPS分析只能研究占据态(价带)信息，不能够直接研究非占据态(导带)的能级和化学结构信息；(2)实验室常用UPS的分析深度为0.5nm
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2nm，未能到达半导体氧化物(如TiO2/ZnO/SnO2等)/量子点界面约百纳米的深度，不能对界面进行准确的能带和化学结构分析，且现有UPS测试未考虑界面区域因半导体氧化物和量子点缺陷态等因素引起的能带弯曲；(3)目前的半导体氧化物/量子点的界面研究都是基于量子点沉积之后的光阳极分析进行，未能在量子点逐层沉积的原位过程中研究界面化学结构的变化，且目前缺少对太阳能电池界面的原位研究方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统及方法，以解决现有技术难以对量子点敏化太阳能电池的化学价态、杂质态和电子结构等进行实时研究的问题。
[0006]本专利技术一方面提供一种原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统，包括真空腔体，所述真空腔体内设置有调节支架和置放样品的样品台，所述调节支架上设置有硅漂
移探测器，所述真空腔体外设置有向真空腔体内的所述样品发射软X射线的X射线源，所述硅漂移探测器采集所述样品的XRF荧光发射谱并将其传输至设置在真空腔体外的光谱处理装置。
[0007]进一步地，还包括相互连通的转接腔和进样室，所述进样室与所述真空腔体连通，所述进样室上设置有第一磁力杆，所述转接腔上设置有第二磁力杆。
[0008]进一步地，所述进样室与转接腔之间以及所述转接腔与真空腔体之间均设置有闸板阀。
[0009]进一步地，所述调节支架包括与所述真空腔体固定连接的支柱，所述支柱上设置有凹槽，所述凹槽内螺纹连接有支杆，所述支杆上设置有U型放置槽，所述硅漂移探测器安装在所述U型放置槽内。
[0010]进一步地，所述光谱处理装置包括互相电连接或通信连接的电子学信号放大器和计算机，所述电子学信号放大器与所述硅漂移探测器电连接。
[0011]进一步地，所述真空腔体上设置有法兰，所述法兰上设置有电路馈通，所述硅漂移探测器和电子学信号放大器分别通过导线与所述电路馈通电连接。
[0012]进一步地，所述样品台上设置有原位样品池，所述原位样品池具有开口，所述开口面向所述X射线源，并被透明的密封窗密封；所述原位反应池上设置有阳离子入口、阳离子出口、阴离子入口和阴离子出口，所述阳离子入口和阴离子入口上均设置有阀门。
[0013]进一步地，所述密封窗采用氮化硅制成。
[0014]本专利技术另一方面提供一种原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试方法，包括以下步骤：
[0015]S1：将样品放至真空腔体的样品台上；
[0016]S2：计算入射软X射线与样品的入射角，调节硅漂移探测器与样品的相对位置和角度；
[0017]S3：调控并开启X射线源，X射线源向样品发射软X射线，通过硅漂移探测器收集样品界面处的全能区XRF荧光发射谱；
[0018]S4：连续改变入射软X射线的能量，通过硅漂移探测器收集每个入射能量对应的XRF荧光发射谱，并选定感兴趣元素的荧光特征峰，最终获得该元素特征峰强度随入射软X射线能量变化的图谱，即软X射线近边吸收结构；
[0019]S5：通过近边吸收的能量减去结合能，得到界面元素的态密度图谱，得到界面元素的能级结构信息。
[0020]进一步地，还包括：将样品放入原位样品池中，然后将含有量子点阳离子和阴离子的不同反应溶液通入原位样品池中，并流经样品，通过阀门的开关调控离子与样品的反应时间和交替吸附次数。
[0021]本专利技术的原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统及方法，通过向样品发射同步辐射软X射线，并收集XRF荧光发射谱，从而可在量子点制备的原位过程中，对TiO2/量子点界面的化学结构，包括化学价态，杂质态，电子结构等进行实时研究；通过原位样品池，可实现量子点薄膜在TiO2表面的沉积，并实现在量子点沉积的原位过程中对TiO2/量子点界面进行荧光吸收谱测试，分析量子点和TiO2在界面附近各自的能级分布，据此调整反应溶液的阴阳离子的浓度，优化量子点成分并对其进行表面修饰，进而调控界面能级使量子点
和TiO2实现能级匹配，提升量子点敏化太阳能电池的性能。
附图说明
[0022]图1为根据本专利技术实施例的原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统的结构示意图；
[0023]图2为根据本专利技术实施例的硅偏移探测器与电子学信号放大器的连接关系示意图；
[0024]图3为根据本专利技术实施例的调节支架的结构示意图；
[0025]图4为根据本专利技术实施例的调节支架的另一角度的结构示意图；
[0026]图5为根据本专利技术实施例的原位样品池的结构示意图；
[0027]图6为根据本专利技术另一实施例的原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试方法的流程图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。
[0029]如图1所示，本专利技术一实施例提供一种原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统，包括依次相互连通的真空腔体1、转接腔2、进样室3。样品通过进样室3上的第一磁力杆31将样品(此处为量子点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统，其特征在于，包括真空腔体，所述真空腔体内设置有调节支架和置放样品的样品台，所述调节支架上设置有硅漂移探测器，所述真空腔体外设置有向真空腔体内的所述样品发射软X射线的X射线源，所述硅漂移探测器采集所述样品的XRF荧光发射谱并将其传输至设置在真空腔体外的光谱处理装置。2.根据权利要求1所述的原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统，其特征在于，还包括相互连通的转接腔和进样室，所述进样室与所述真空腔体连通，所述进样室上设置有第一磁力杆，所述转接腔上设置有第二磁力杆。3.根据权利要求2所述的原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统，其特征在于，所述进样室与转接腔之间以及所述转接腔与真空腔体之间均设置有闸板阀。4.根据权利要求1所述的原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统，其特征在于，所述调节支架包括与所述真空腔体固定连接的支柱，所述支柱上设置有凹槽，所述凹槽内螺纹连接有支杆，所述支杆上设置有U型放置槽，所述硅漂移探测器安装在所述U型放置槽内。5.根据权利要求1所述的原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统，其特征在于，所述光谱处理装置包括互相电连接或通信连接的电子学信号放大器和计算机，所述电子学信号放大器与所述硅漂移探测器电连接。6.根据权利要求5所述的原位电池界面的软X射线荧光吸收谱测试系统，其特征在于，所述真空腔体上设置有法兰，所述法兰上设置有电路馈通，所述硅漂移探测器和电子学信号放大器分别通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振华，李俊琴，王勇，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：