一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪，其包括：闪光氙灯、闪光氙灯控制器、光路转换组件、旋涂仪、光纤光谱仪、相机和数据处理终端；闪光氙灯与闪光氙灯控制器连接，由闪光氙灯控制器对闪光氙灯的光强和频率进行调节；光路转换组件设置在闪光氙灯的出射光路上，对光源方向进行调整，使得光线照射在位于旋涂仪上的钙钛矿薄膜样品上；光纤光谱仪的光线接收器固定在经过的钙钛矿薄膜样品反射后的光路上，对钙钛矿薄膜样品的吸收光谱进行检测，检测数据发送到数据处理终端进行处理，相机固定在旋涂仪正上方实现原位采集旋涂过程中的视频信息。本实用新型专利技术可以广泛应用于钙钛矿太阳能电池研究领域。

In situ morphology and spectrum analyzer of perovskite film growth process

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪
本技术涉及一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪，属于钙钛矿太阳能电池研究领域。
技术介绍
能源危机和环境污染问题已经成为阻碍经济发展的首要问题，也是世界各国关注的焦点。在众多新能源技术中，太阳能电池成为最具有应用前景的方向之一，其中有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池发展迅速，被誉为“光伏领域的新希望”，这主要得益于钙钛矿材料本身的良好的吸光性、弱的激子结合能和长的载流子扩散长度等诸多优点。钙钛矿薄膜作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，其薄膜质量直接影响太阳能电池的最终效率，高质量的钙钛矿薄膜是得到高效率太阳能电池的前提。钙钛矿薄膜的制备方法简单，一般包括旋涂法、连续沉积法、双源气相蒸发法、涂布法。其中实验室常用的方法为旋涂法，该方法的优点是操作简单，对实验设备要求低。缺点就是重复性差，不能得到质量均一的钙钛矿薄膜。现有的对钙钛矿薄膜进行形貌表征的技术手段通常是在钙钛矿薄膜旋涂制备完成后进行，不能在旋涂过程中实时观察钙钛矿的薄膜生长过程。如果在旋涂过程中能够实时原位的观察钙钛矿薄膜的成核、生长过程，对制备高品质的钙钛矿薄膜更具指导意义。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的是提供一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪，该分析仪实现了对钙钛矿太阳能电池活性层生长过程的原位监测和分析，同时能够对钙钛矿薄膜的吸收光谱进行检测，实现了原位实时的钙钛矿薄膜结晶过程中的成分分析。为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪，其包括：闪光氙灯、闪光氙灯控制器、光路转换组件、旋涂仪、光纤光谱仪和数据处理终端；所述闪光氙灯与所述闪光氙灯控制器连接，所述闪光氙灯控制器对所述闪光氙灯的光强和频率进行调节；所述光路转换组件设置在所述闪光氙灯的出射光路上，对光源方向进行调整，使得光线照射在位于所述旋涂仪上的钙钛矿薄膜样品上；所述光纤光谱仪的光纤接收器设置在经所述钙钛矿薄膜样品反射后的光路上，对所述钙钛矿薄膜样品的吸收光谱进行检测，检测数据发送到所述数据处理终端。进一步的，所述分析仪还包括一CCD相机，所述CCD相机固定设置在所述旋涂仪的正上方，对所述旋涂仪上方设置的钙钛矿薄膜样品进行实时原位成像，并发送到所述数据处理终端；其中，所述CCD相机的录像帧数为30-160FPS。进一步的，所述光路转换组件包括第一反光镜组件、第二反光镜组件和凸透镜组件；所述第一反光镜组件设置在所述闪光氙灯的出射光路上，对所述闪光氙灯出射的白光脉冲的高度进行调整；所述第二反光镜组件设置在所述第一反光镜组件的出射光路上，用于将水平方向的白光脉冲调整为与水平面呈预设夹角的白光脉冲；所述凸透镜组件设置在所述第二反光镜组件的出射光路上，用于将与水平面呈预设夹角的白光脉冲进行聚焦后照射在位于所述旋涂仪上的钙钛矿薄膜样品上。进一步的，所述第一反光镜组件与闪光氙灯的间距不大于30cm。进一步的，所述第一反光镜组件包括第一固定杆、第一反光镜和第二两反光镜，所述第一反光镜和第二反光镜通过旋转接头可旋转地并排设置在所述第一固定杆上，所述第一反光镜将所述闪光氙灯的光源方向调整为垂直水平面向上，所述第二反光镜将垂直水平面向上的光线调整为水平方向后进入所述第二反光镜组件。进一步的，所述第二反光镜组件包括第二固定杆和第三反光镜，所述第三反光镜通过旋转接头设置在所述第二固定杆上，且所述第三反光镜设置在所述第二反光镜的出射光路上，用于将水平方向的白光脉冲调整为与水平面呈预设夹角的范围为30°-60°。进一步的，所述凸透镜组件包括第三固定杆和凸透镜，所述凸透镜通过旋转接头设置在所述第三固定杆上，所述凸透镜设置在所述第三反光镜的出射光路上。进一步的，所述光纤光谱仪采用型号为AvaSpec-ULS2048，能够接收显示300nm-1100nm波长的光强。进一步的，所述闪光氙灯的可调频率范围为0.1-100HZ。进一步的，所述钙钛矿薄膜样品包括玻璃基板和设置在玻璃基板上的钙钛矿薄膜层，所述玻璃基板底面蒸镀有一层厚为100nm的银。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本技术利用闪光氙灯产生0.1-100Hz微秒时间尺度的连续脉冲白光，同时调节旋涂仪转速以及相机的视频录制帧数使其同步，即可实时原位检测钙钛矿薄膜的结晶过程。2、本技术采用300nm-1100nm波长的光纤光谱仪对钙钛矿薄膜的吸收光谱数据进行采集，再通过数据分析实现了原位实时的钙钛矿薄膜结晶过程中的成分分析。3、本技术采用相机对钙钛矿薄膜生长过程中不同时刻形貌变化进行记录，为钙钛矿薄膜的成核、结晶和生长过程的对比分析提供了基础。4、本技术中闪光氙灯的光强和频率、旋涂仪的转速及相机的(帧数)均可调，为研究不同前驱体组分、转速等制备条件对钙钛矿活性层成核结晶、生长的影响提供了可能。因此，本技术可以广泛应用于钙钛矿太阳能电池研究领域。附图说明图1是本技术钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。如图1所示，本技术提供的一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪(以下简称分析仪)，其包括闪光氙灯1、闪光氙灯控制器2、光路转换组件3、旋涂仪4、光纤光谱仪5和数据处理终端6。其中，闪光氙灯1与闪光氙灯控制器2相连接，由闪光氙灯控制器2对闪光氙灯1的光强和频率进行调节；光路转换组件3放置在闪光氙灯1的出射光路上，用于对闪光氙灯1的光源方向与光斑的大小进行调整，使得光线照射在位于旋涂仪4上的钙钛矿薄膜样品上；光纤光谱仪5的光纤接收器固定在经过钙钛矿薄膜样品反射后的光路上，对钙钛矿薄膜样品的吸收光谱进行检测，检测数据发送到数据处理终端进行处理。优选的，钙钛矿薄膜样品包括玻璃基板和设置在玻璃基板上的钙钛矿薄膜层，且玻璃基板底面蒸镀有一层厚约100nm的银。由于钙钛矿薄膜的吸收光谱需要用钙钛矿薄膜旋涂前的反射光谱数据减去旋涂后的反射光谱数据，并且需要保证没有光线穿透器件，否则无法比较得出吸收数据，因此，需要在钙钛矿电池器件的玻璃基板底面蒸镀一层银用于反射已穿过器件的光线，在完整的钙钛矿太阳能电池器件制备完成之后测量效率之前再用刀片刮掉底面这层银。优选的，该分析仪还包括一CCD相机7，该CCD相机7固定设置在旋涂仪4的正上方，用于对旋涂仪4上放置的钙钛矿薄膜样品进行实时原位成像，成像数据发送到数据处理终端。更为优选的，相机采用帧率可调至最高160桢每秒，分辨率:1080*1080。优选的，光路转换组件3包括第一反光镜组件31、第二反光镜组件32和凸透镜组件33。其中，第一反光镜组件31设置在闪光氙灯1的出射光路上，用于对闪光氙灯1出射的白光脉冲的高度进行调整；第二反光镜组件32设置在第一反光镜组件31的出射光路上，用于将水平方向的白光脉冲调整为与水平面呈预设夹角的白光脉冲；凸透镜组件33设置在第二反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪，其特征在于其包括：闪光氙灯、闪光氙灯控制器、光路转换组件、旋涂仪、光纤光谱仪和数据处理终端；/n所述闪光氙灯与所述闪光氙灯控制器连接，所述闪光氙灯控制器对所述闪光氙灯的光强和频率进行调节；/n所述光路转换组件设置在所述闪光氙灯的出射光路上，对光源方向进行调整，使得光线照射在位于所述旋涂仪上的钙钛矿薄膜样品上；/n所述光纤光谱仪的光纤接收器设置在经所述钙钛矿薄膜样品反射后的光路上，对所述钙钛矿薄膜样品的吸收光谱进行检测，检测数据发送到所述数据处理终端。/n

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪，其特征在于其包括：闪光氙灯、闪光氙灯控制器、光路转换组件、旋涂仪、光纤光谱仪和数据处理终端；
所述闪光氙灯与所述闪光氙灯控制器连接，所述闪光氙灯控制器对所述闪光氙灯的光强和频率进行调节；
所述光路转换组件设置在所述闪光氙灯的出射光路上，对光源方向进行调整，使得光线照射在位于所述旋涂仪上的钙钛矿薄膜样品上；
所述光纤光谱仪的光纤接收器设置在经所述钙钛矿薄膜样品反射后的光路上，对所述钙钛矿薄膜样品的吸收光谱进行检测，检测数据发送到所述数据处理终端。


2.如权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪，其特征在于：所述分析仪还包括一CCD相机，所述CCD相机固定设置在所述旋涂仪的正上方，对所述旋涂仪上方设置的钙钛矿薄膜样品进行实时原位成像，并发送到所述数据处理终端；其中，所述CCD相机的录像帧数为30-160FPS。


3.如权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪，其特征在于：所述光路转换组件包括第一反光镜组件、第二反光镜组件和凸透镜组件；
所述第一反光镜组件设置在所述闪光氙灯的出射光路上，对所述闪光氙灯出射的白光脉冲的高度进行调整；
所述第二反光镜组件设置在所述第一反光镜组件的出射光路上，用于将水平方向的白光脉冲调整为与水平面呈预设夹角的白光脉冲；
所述凸透镜组件设置在所述第二反光镜组件的出射光路上，用于将与水平面呈预设夹角的白光脉冲进行聚焦后照射在位于所述旋涂仪上的钙钛矿薄膜样品上。


4.如权利要求3所述的一种钙钛矿薄膜生长过程原位形貌及光谱分析仪，其特征在于：所述第一反光镜组件与闪光氙灯的间距不大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙阳，郭艳如，袁帅，艾希成，付立民，秦玉军，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：新型
国别省市：北京;11