钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统与方法。所述测试系统包括计算机、数据采集卡、函数发生器、激光器、CCD相机和三维移动样品台等，计算机控制数据采集卡并控制函数发生器产生调制电信号，该调制电信号或接入到激光器产生调制激光信号激发待测钙钛矿样品光致载流子辐射信号或接入到待测钙钛矿样品两端电极激发待测钙钛矿样品电致载流子辐射信号，同时数据采集卡控制CCD相机同步触发采集待测钙钛矿样品的图像序列信号，最后该图像序列传至计算机进行锁相处理和数据成像分析。本发明专利技术采用并集成了面光源的调制激光信号和调制电信号来激发待测钙钛矿样品的载流子辐射信号，具有快速高效、大面积成像、无损检测等优势。无损检测等优势。无损检测等优势。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统与方法


[0001]本专利技术涉及一种用于钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像综合测试系统及其应用，特别涉及用于半导体型钙钛矿材料、钙钛矿光伏/光电器件及模组等的无损成像检测、性能评价以及成像测试的系统及方法，属于半导体测试、成像检测


技术介绍

[0002]自从2009年钙钛矿太阳电池被首次报道以来，金属卤化物钙钛矿这类新型半导体材料及其在光伏/光电领域的应用，引起了科研界和产业界的巨大关注。这类钙钛矿材料具有带隙可调、高的缺陷容忍度、长的载流子扩散长度和迁移率、优异的光伏/光电特性，以及可溶液加工等优点，使得钙钛矿材料和钙钛矿光伏/光电器件及模组得到了深入而广泛的研究。
[0003]然而，在钙钛矿相关研究和产业化进程中，一种专门应用于钙钛矿材料和钙钛矿光伏/光电器件及模组的综合、高效、无损的成像测试技术及其成像测试系统的设计目前还是一个巨大挑战。
[0004]目前，半导体材料及其太阳电池的大面积无损成像检测的方法技术主要是光致发光、电致发光，光致发光检测技术需要在暗室下进行，测试环境要求较高；且受背景噪声、光源均匀性影响比较严重，所以信噪比比较低；成像模式的光致发光检测由于相机的帧频较低的因素影响则不可对高带宽的时域进行分辨，所以无法对测试材料载流子的输运参数进行解析。电致发光对于半导体材料自身以及非完整器件的半导体器件则无法进行检测。
[0005]虽然这些半导体材料及器件的常规检测方法与系统也可以应用于钙钛矿及相关器件领域，然而，这些检测方法技术对于新兴的钙钛矿材料和钙钛矿光伏/光电器件及模组的无损成像检测显然存在很大不足和局限，一方面它们无法满足更高精度检测和更综合的研究及产业化要求，另一方面这些测试技术主要是针对传统半导体材料及光伏组件(如硅材料及硅太阳电池)设计的，并不能直接拿来用于钙钛矿材料和钙钛矿光伏/光电器件及模组。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统与方法，从而克服现有技术中的不足。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术一方面提供了一种钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统，包括：
[0009]三维移动样品台，用于承载待测钙钛矿样品，并能够使待测钙钛矿样品在三维空间内移动；
[0010]激光器，用于提供调制激光信号，并以调制激光信号对待测钙钛矿样品施加光激励，以使待测钙钛矿样品产生光致载流子辐射信号；
[0011]函数发生器，与激光器、待测钙钛矿样品电连接，用于使激光器产生调制激光信号；或者，提供调制电信号，并以调制电信号对待测钙钛矿样品施加电激励，以使待测钙钛矿样品产生电致载流子辐射信号；
[0012]CCD相机，用于探测采集所述光致载流子辐射信号或电致载流子辐射信号产生的图像序列信号；
[0013]计算机和数据采集卡，所述计算机与数据采集卡、CCD相机连接，所述数据采集卡还与函数发生器、CCD相机连接，数据采集卡用于控制函数发生器、CCD相机的工作状态，计算机用于控制数据采集卡的工作状态、对CCD相机采集的图像序列信号进行锁相处理，实现对待测钙钛矿样品的光致载流子或电致载流子辐射成像。
[0014]进一步的，所述的钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统包括两个激光器，所述的两个激光器在待测钙钛矿样品上形成的两个激光光斑完全重合。
[0015]更进一步的，所述的两个激光器所发射激光的照射方向与待测钙钛矿样品所在平面的法线呈锐角设置。
[0016]更进一步的，所述的两个激光器以待测钙钛矿样品所在平面的法线为对称轴线呈对称分布。
[0017]进一步的，所述的激光器产生的激光光束的光子能量大于待测测钙钛矿样品的能带禁带宽度Eg，即所述激光器产生的激光光束的波长为λ满足：1240/λ＞Eg，以实现光致载流子的激发，其中，所述调制激光信号可以是所述的激光光束，所述的激光器产生的激光光束的波长通常位于紫外
‑
可见光波段。
[0018]进一步的，所述的CCD相机的有效工作波长范围为400
‑
1100纳米，其有效覆盖了钙钛矿光致/电致载流子辐射信号的范围。
[0019]进一步的，所述的CCD相机的镜头前端还设置有滤光片，所述滤光片用于滤除被反射的调制激光信号和环境杂散光的噪声信号。
[0020]本专利技术另一方面还提供了一种钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试方法，所述的锁相载流子辐射成像测试方法是通过所述的钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统实施的，并且，所述锁相载流子辐射成像测试方法包括：
[0021]计算机控制数据采集卡并控制函数发生器进而控制激光器产生调制激光信号，并以调制激光信号对待测钙钛矿样品施加光激励，以使待测钙钛矿样品产生光致载流子辐射信号；以CCD相机探测采集光致载流子辐射信号产生的图像序列信号，并以计算机对图像序列信号进行锁相处理，从而实现对待测钙钛矿样品的光致载流子辐射成像；
[0022]或者，计算机控制数据采集卡并控制函数发生器产生的调制电信号对待测钙钛矿样品施加电激励，以使待测钙钛矿样品产生电致载流子辐射信号，以CCD相机探测采集电致载流子辐射信号产生的图像序列信号，并以计算机对图像序列信号进行锁相处理，从而实现对待测钙钛矿样品的电致载流子辐射成像。
[0023]进一步的，所述的锁相光致/电致载流子辐射成像方法还包括：使待测钙钛矿样品随三维移动样品台在三维空间内移动，以使待测钙钛矿样品与激光器保持预定距离，且使激光器提供的调制激光形成光功率密度分布均匀且覆盖待测钙钛矿样品的激光光斑。
[0024]进一步的，所述的待测钙钛矿样品包括但不限于钙钛矿材料、钙钛矿光伏/光电器件及模组中的一者，钙钛矿是一类可为作为光伏太阳电池或光电器件的主要光吸收层或发
光层的新兴半导体材料，其化学通式通常符合ABX3的金属卤化物钙钛矿材料，其中A通常为单元或多元混合的一价阳离子，B通常为单元或多元混合的二价金属阳离子，X通常为单元或多元混合的卤素阴离子；钙钛矿光伏/光电器件及模组通常主要包括两类结构类型，第一类为由透明的刚性玻璃或柔性聚合物材料基底、透明导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光层或钙钛矿发光层、空穴传输层、顶电极等组成；第二类为由透明的刚性玻璃或柔性聚合物材料基底、透明导电电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、顶电极等组成，其中，在器件结构中某些层间界面可能还存在较薄的界面修饰层。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0026]1)本专利技术提供的一种钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统与方法，采用锁相算法处理，可以提高检测信号的信噪比，在自然光环境下就可以进行良好检测，无需特殊的暗室环境，测试方便简单；
[0027]2)本专利技术提供的一种钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统与方法，采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统，其特征在于包括：三维移动样品台，用于承载待测钙钛矿样品，并能够使待测钙钛矿样品在三维空间内移动；激光器，用于提供调制激光信号，并以调制激光信号对待测钙钛矿样品施加光激励，以使待测钙钛矿样品产生光致载流子辐射信号；函数发生器，与激光器、待测钙钛矿样品电连接，用于使激光器产生调制激光信号；或者，提供调制电信号，并以调制电信号对待测钙钛矿样品施加电激励，以使待测钙钛矿样品产生电致载流子辐射信号；CCD相机，用于探测采集所述光致载流子辐射信号或电致载流子辐射信号产生的图像序列信号；计算机和数据采集卡，所述计算机与数据采集卡、CCD相机连接，所述数据采集卡还与函数发生器、CCD相机连接，数据采集卡用于控制函数发生器、CCD相机的工作状态，计算机用于控制数据采集卡的工作状态、对CCD相机采集的图像序列信号进行锁相处理，实现对待测钙钛矿样品的光致载流子或电致载流子辐射成像。2.根据权利要求1所述的钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统，其特征在于包括两个激光器，两个所述激光器在待测钙钛矿样品上形成的两个激光光斑完全重合。3.根据权利要求2所述的钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统，其特征在于：所述的两个激光器所发射激光的照射方向与待测钙钛矿样品所在平面的法线呈锐角设置。4.根据权利要求3所述的钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统，其特征在于：所述的两个激光器以待测钙钛矿样品所在平面的法线为对称轴线呈对称分布。5.根据权利要求1所述的钙钛矿材料/器件的锁相载流子辐射成像测试系统，其特征在于：所述激光器产生的激光光束的光子能量大于待测测钙钛矿样品的能带禁带宽度Eg，即所述激光器产生的激光光束的波长为λ满足：1240/λ＞Eg，所述的激光器产生的激光光束的波长位于紫外
‑
可见光波段。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏，周超成，田清勇，范斌，
申请(专利权)人：昆山协鑫光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：