[发明专利]一种光电器件的光伏特性测量设备、测量方法及成像系统

说明书

本发明公开了一种光电器件的光伏特性测量设备、测量方法及成像系统；测量设备包括：光源组件、样本放置组件以及信号测量组件；样本放置组件用于导出电池样本的电压及电流信号，光源组件用于提供垂直照射电池样本表面的稳定平衡光及瞬时激发光，信号测量组件用于测量电池样本的电压及电流信号；测量方法包括：利用平衡光源提供指定的测试光强，测量对应的开路电压或短路电流；然后利用脉冲激光器提供扰动信号，并测量对应的电压衰减信号或电流衰减信号；成像系统包括：测量设备以及计算单元。本发明能够测量光电器件的微秒级界面动力学过程，确保光电流谱/光电压谱的测试在器件的同一工作状态下完成，并对光电器件的动力学参数进行二维成像。

技术领域

本发明属于光电器件测试技术领域，更具体地，涉及一种光电器件的光伏特性测量设备、测量方法及成像系统。

背景技术

近年来，由于全球能源消耗量的不断上涨，光电器件的研究受到越来越多的人关注，其中钙钛矿太阳能电池以其低成本，高效率以及易于制备的特点被认为是具有极高的应用前景的太阳能电池。

尽管钙钛矿太阳能电池的效率已经达到了较高的水平，但对于钙钛矿太阳能电池的工作机理还存在很多争议，研究钙钛矿太阳能电池内部载流子的传输与复合过程已成为重要的研究方向之一，其中利用暂态光电压/光电流等光伏特性的测试可以直观地分析钙钛矿太阳能电池内部载流子的界面传输与复合特性，而这两个动力学过程对提高电池效率和理解钙钛矿太阳能电池的工作机理有着非常重要的意义。

通常载流子在电池内部界面的传输过程可以使用传输寿命τ_c来表征，τ_c表示载流子在电池界面上传输所需要的时间，τ_c越小，电池的界面传输性能越好。载流子在电池内部界面的复合过程可以使用复合寿命τ_e来表征，τ_e表示载流子在电池界面上复合所需要的时间，τ_e越大，电子复合越慢。此外，其他的一些相关参数比如扩散长度L，化学电容C，态密度DOS等，其中扩散长度L表示载流子在钙钛矿材料中的平均扩散距离，化学电容C表征电压变化时载流子数量的变化规律，态密度DOS表示电池能带结构与态密度之间的关系。

另外，由于钙钛矿电池并不是由一块单晶构成，其内部可能存在不均匀以及缺陷等情况，通过二维成像的方式，将所有位置的相关参数以图像的方式进行呈现，可以直观地描述电池内部可能存在的缺陷问题。

现有的用于测量光电器件的光伏特性的测试有调谐光电压/光电流谱测试和交流阻抗谱测试，这两者适用于亚毫秒级界面动力学过程的表征，无法适用于钙钛矿太阳能电池等第三代太阳能电池器件微秒级界面动力学过程的研究。不仅如此，现有的面向光电器件光伏特性的设备缺乏成像功能，无法表征顺应产业化趋势的大面积太阳能电池的内部缺陷及其性能均匀性。而从测试原理上说，目前国内外的暂态光电流/光电压衰减测试系统都是实验室自己搭建完成，都是采用光电流谱和光电压谱分别测量太阳能电池器件处于开路状态下的载流子复合寿命τ和短路状态下的载流子扩散系数D，然后通过公式L＝√(D*τ)计算载流子扩散长度L。显然，这种在同一个方程中，使用不同状态下获得的载流子有关参数来计算载流子扩散长度L的方法是不合理的。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种光电器件的光伏特性测量设备、测量方法及成像系统，其目的在于，测量光电器件的微秒级界面动力学过程，确保光电流谱/光电压谱的测试在器件的同一工作状态下完成，并对光电器件的电子/空穴传输寿命、复合寿命、扩散长度、电容、电荷量等动力学参数进行二维成像。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种光电器件的光伏特性测量设备，包括：光源组件、样本放置组件以及信号测量组件；样本放置组件用于放置电池样本并导出电池样本的电压及电流信号，光源组件用于提供垂直照射电池样本表面的稳定平衡光及瞬时的激发光，信号测量组件用于测量电池样本的电压及电流信号；