一种面扫型瞬态光电检测系统

专利检索2025-07-07  2


本发明涉及光电检测领域,尤其是一种面扫型瞬态光电检测系统。


背景技术:

1、瞬态光电检测技术包含tpv(transient photovoltage,瞬态光电压)以及tpc(transient photocurrent,瞬态光电流)的检测,是一种面向光伏电池、电致发光电池等光电器件的快速检测手段,被广泛地应用于染料敏化电池,钙钛矿等有机光伏电池的瞬态光电性能的表征中,可以准确地提取器件内部包括载流子寿命,电荷提取速率,电荷积累量在内的各项器件性能。但是传统的瞬态光电检测手段是一种长时间单点式的测试,对于一些空间上光电性能不均的光电器件的空间光电性能表征不够全面和准确。

2、而传统的光电器件空间光电性能表征方法,如pl(photoluminescence,光致发光)和el(electroluminescence,电致发光)等均通过整体能量注入后,再对器件实施光学图像灰度检测,仅能够检测出光伏电池缺陷的位置分布,无法给出不同位置光生电流的传导路径,也无法对电荷运动的路径进行有效的检测,难以对光子吸收、电荷运输、电流抽取的几个微观瞬态过程进行持续检测,也即无法对光电器件的瞬态光电性能进行全面的表征。

3、综上所述,现有的光电检测技术无法同时对光电器件的瞬态光电性能以及空间光电性能进行全面准确的表征,无法满足大面积光伏电池如钙钛矿电池的光电性能检测需求。


技术实现思路

1、本发明人针对上述问题及技术需求,提出了一种,本发明的技术方案如下:一种面扫型瞬态光电检测系统,包括:

2、光学单元,用于产生入射至待测光电器件待测面的检测光束;

3、信号采集单元,用于采集待测光电器件的光电信号;

4、控制单元,与光学单元以及信号采集单元适配连接;

5、对待测光电器件进行检测时,控制单元控制光学单元与待测光电器件进行相对运动,以利用光学单元所产生的检测光束对待测光电器件进行面扫描;

6、在扫描过程中,所述控制单元记录检测光束入射至待测光电器件待测面的位置信息,通过所述信号采集单元采集与所述位置信息对应的光电信号并传输至控制单元;

7、基于检测光束入射至待测光电器件待测面的位置信息,以及与所述位置信息对应的光电信号,同时表征待测光电器件的瞬态光电性能以及空间光电性能。

8、其进一步的技术方案为,还包括光学单元驱动机构,所述光学单元驱动机构与控制单元连接;

9、对待测光电器件进行检测时,控制单元控制光学单元驱动机构驱动光学单元在检测平面内移动,通过光学单元的移动对待测光电器件进行面扫描。

10、其进一步的技术方案为,所述光学单元包括固定板以及设置于固定板上的检测光束发生子单元,所述检测光束发生子单元包括背景光源、激光光源以及耦合棱镜,其中,

11、所述耦合棱镜用于将背景光源所产生的背景光束,以及激光光源所产生的激光光束合束为检测光束,并使所述检测光束垂直入射至所述待测光电器件的待测面;

12、所述背景光束与激光光束照射至待测光电器件待测面所形成的光斑始终共心,且激光光束所形成的光斑大小小于耦合棱镜的宽度,以使激光光束全部经耦合棱镜反射后照射至待测光电器件的待测面。

13、其进一步的技术方案为,还包括负载调整单元,对待测光电器件进行检测时,所述控制单元通过负载调整单元配置待测光电器件的负载状态,其中,

14、所述待测光电器件的负载状态包括等效短路状态和/或等效断路状态;

15、所述光电信号包括待测光电器件的瞬态光电流和/或瞬态光电压;

16、检测待测光电器件的瞬态光电流时,控制单元将待测光电器件的负载状态配置为等效短路状态;

17、检测待测光电器件的瞬态光电压时,控制单元将待测光电器件的负载状态配置为等效断路状态。

18、其进一步的技术方案为,所述负载调整单元包括第一电阻、第二电阻以及开关子单元,其中,

19、所述第一电阻的阻值小于第二电阻的阻值;

20、所述待测光电器件的负载状态为等效短路状态时,所述控制单元配置开关子单元的开关状态,以使第一电阻与待测光电器件构成回路;

21、所述待测光电器件的负载状态为等效断路状态时,所述控制单元配置开关子单元的开关状态,以使第二电阻与待测光电器件构成回路。

22、其进一步的技术方案为,还包括检测支架,所述光学单元驱动机构设置于检测支架上;

23、所述光学单元驱动机构包括滑块、x轴滑轨、y1轴滑轨、y2轴滑轨、第一驱动电机以及第二驱动电机;

24、所述y1轴滑轨与y2轴滑轨平行,且平行方向与x轴滑轨垂直,x轴滑轨、y1轴滑轨以及y2轴滑轨的所在平面为所述检测平面;

25、所述滑块可滑动的固定于x轴滑轨上,所述x轴滑轨的两端可滑动的固定于y1轴滑轨以及y2轴滑轨上。

26、其进一步的技术方案为,光学单元中的固定板与所述滑块固定,通过所述滑块带动固定板上的背景光源、激光光源以及耦合棱镜共同在所述检测平面内移动;

27、所述第一驱动电机以及第二驱动电机的转动方向相同时,所述滑块沿x轴滑轨运动;

28、所述第一驱动电机以及所述第二驱动电机的转动方向相反时,所述滑块沿y1轴滑轨以及y2轴滑轨的平行方向运动。

29、其进一步的技术方案为,所述控制单元包括上位机以及主控芯片,其中,

30、所述上位机与主控芯片连接,且上位机与主控芯片均与信号采集单元连接;

31、所述主控芯片还与光学单元、光学单元驱动机构以及负载调整单元连接,所述上位机通过主控芯片输出控制信号,以调控光学单元的工作状态、光学单元的移动状态以及待测光电器件的负载状态。

32、其进一步的技术方案为,所述检测支架内配置有器件载台,所述器件载台位于光学单元驱动机构下方,且器件载台的所在平面平行于所述检测平面;

33、所述待测光电器件、主控芯片以及负载调整单元均设置于器件载台上。

34、其进一步的技术方案为,所述背景光源包括led,所述激光光源包括脉冲式激光器,其中,

35、所述led的辐照度范围为10mw/cm2-70mw/cm2,且led的功率密度范围为0.1w/cm2-0.7w/cm2;

36、所述脉冲式激光器的频率范围为0.1hz-1ghz,且所述脉冲式激光器的脉冲宽度≥25ns。

37、本发明的有益技术效果是:

38、本发明提出了一种面扫型瞬态光电检测系统,运用该系统对待测光电器件进行检测时,控制单元控制光学单元与待测光电器件进行相对运动,利用光学单元所产生的检测光束对待测光电器件进行面扫描,基于扫描过程中所记录检测光束入射至待测光电器件待测面的位置信息,以及所采集的光电信号同时对待测光电器件的瞬态光电性能以及空间光电性能进行表征。

39、该检测系统将检测范围从待测光电器件待测面的某一点拓展至光电器件的整个待测面,增加了光电器件性能检测的检测范围及灵活性,有效满足了大面积光伏电池如钙钛矿电池的光电性能检测需求,同时提高了空间异质性光电器件的测试的客观性和准确性。


技术特征:

1.一种面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,还包括光学单元驱动机构,所述光学单元驱动机构与控制单元连接;

3.根据权利要求1所述的面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,所述光学单元包括固定板以及设置于固定板上的检测光束发生子单元,所述检测光束发生子单元包括背景光源、激光光源以及耦合棱镜,其中,

4.根据权利要求1所述的面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,还包括负载调整单元,对待测光电器件进行检测时,所述控制单元通过负载调整单元配置待测光电器件的负载状态,其中,

5.根据权利要求4所述的面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,所述负载调整单元包括第一电阻、第二电阻以及开关子单元,其中,

6.根据权利要求3所述的面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,还包括检测支架,所述光学单元驱动机构设置于检测支架上;

7.根据权利要求6所述的面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,光学单元中的固定板与所述滑块固定,通过所述滑块带动固定板上的背景光源、激光光源以及耦合棱镜共同在所述检测平面内移动;

8.根据权利要求6所述的面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,所述控制单元包括上位机以及主控芯片,其中,

9.根据权利要求8所述的面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,所述检测支架内配置有器件载台,所述器件载台位于光学单元驱动机构下方,且器件载台的所在平面平行于所述检测平面;

10.根据权利要求3所述的面扫型瞬态光电检测系统,其特征在于,所述背景光源包括led,所述激光光源包括脉冲式激光器,其中,


技术总结
本发明公开了一种面扫型瞬态光电检测系统,涉及光电检测领域,包括:用于产生入射至待测光电器件待测面的检测光束光学单元,用于采集待测光电器件的光电信号的信号采集单元以及控制单元。对待测光电器件进行检测时,控制单元控制光学单元与待测光电器件进行相对运动,利用光学单元所产生的检测光束对待测光电器件进行面扫描;在扫描过程中,所述控制单元记录检测光束入射至待测光电器件待测面的位置信息;基于检测光束入射至待测光电器件待测面的位置信息,以及与所述位置信息对应的光电信号,同时表征待测光电器件的瞬态光电性能以及空间光电性能,提高了空间异质性光电器件的测试的客观性和准确性。

技术研发人员:刘桂林,马泽昱,王怡淼,席曦,杨国锋,王兰,于海民,杨溢,李洺羲,周欢萍,陈棋,罗锋
受保护的技术使用者:江南大学
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
转载请注明原文地址:https://win.8miu.com/read-1155991.html

最新回复(0)