解決方案
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卓立漢光鈣鈦礦太陽能電池測試系統助力鈣鈦礦材料研究
   鈣鈦礦(Perovski)材料是一類有著與鈦酸鈣(CaTiO3)相同晶體結構的材料。 鈣鈦礦材料結構式一般為ABX3,其中A,B是兩種陽離子,X 是陰離子。 近200年來,人們對鈣鈦礦材料的研究從未停止,元素周期表幾乎所有的元素都可以占據晶格結構的位置組成鈣鈦礦。鈣鈦礦大家族里現已包括數百種物質,范圍極為廣泛,其中很多是人工合成的。 這類材料具有獨特的魅力,其多變的晶體結構可以引申出眾多的材料屬性:可以是絕緣體、半導體、導體、超導體,可以具有鐵電性、鐵磁性,鐵彈性、催化性、質子傳導性、離子傳導性、光電性。
   近年來,隨著對其不斷研究認識,鈣鈦礦材料越來越受到科學家的重視。目前廣為人知的應用是利用很多半導體類鈣鈦礦材料良好吸光性,在太陽能電池上的應用,甚至在2016年就有報道稱: 鈣鈦礦將來要全面取代硅晶體材料! 2016年12月的《自然》新聞上,因為看好其在太陽能電池市場的前景,甚至將鈣鈦礦稱為最為值得期待的奇跡材料。
   目前被廣泛研究的鈣鈦礦大概可以分為二大類:氧化物鈣鈦礦和金屬鹵素鈣鈦礦。
早期的有關鈣鈦礦的研究和應用主要集中在氧化物鈣鈦礦,比如燃料電池,光催化還原,光致變色等;而金屬鹵素鈣鈦礦則具有更加優異的光電性能,比如:帶隙易調節,寬光譜吸收,光吸收系數大,載流子壽命長,熒光效率高等,另外制備途徑多樣,成本更低廉也是促進其快速發展的重要因素!
   自2009年將MAPbBr3 以及MAPbBr3 應用于太陽能電池獲得良好的光電轉換效率,十年時間里,其效率已經突破22%,逼近理論極限值。 基于在太陽能電池領域積累的經驗和材料自身的特點,科學家們又將目光投向了鈣鈦礦光電探測器,發光二極管的研究,并獲得巨大進展! 紅光,藍光,以及綠光器件的效率逐年提升,可見,紅外,甚至是X射線探測器屢見報道。
據預測,到2030年,光伏發電將占全球新發電容量的近三分之一,而照明占全球用電量的五分之一,鈣鈦礦材料作為新型的光電材料,無論是在顯示照明,太陽能光伏發電,以及光電探測都是目前炙手可熱的研究方向。

 
北京卓立漢光儀器有限公司作為國內知名的光電儀器生產廠家,20多年來一直專注于光電類儀器的研發和生產。 其中我們的熒光、拉曼、光電探測器光譜響應,太陽能電池檢測等測試系統為國內眾多的鈣鈦礦太陽能電池,發光二極管,光電探測器等研究方向提供技術和儀器支持。
 

鈣鈦礦太陽能電池測試系統
卓立漢光提供全套鈣鈦礦電池測試系統
IV系統
功能:測量太陽能電池短路電流、短路電流密度、開路電壓、最大功率、最大功率電流、最大功率電壓、填充因子、光電轉換效率、正反向調速掃描與暗電流扣除功能。
特點:AAA級太陽光模擬器,長時間穩定性好(不穩定度<0.8%)可用于長時間穩定性測試,模擬器光出口四個方向可調滿足客戶樣品在手套箱里面的測試需求,出光口遙控光闌片方便遮光更換樣品。
組成:太陽光模擬器、標準單晶硅太陽電池(中國計量研究院標定)、吉時利2400源表、樣品探針臺、IV軟件。

QE系統
功能:光譜響應度、外量子效率、內量子效率、反射率、透射率、積分短路電流密度、光束誘導電流。
特點:測量結果重復性高測量結果準確可重復,自動化測試流程高簡化測試員工作、測試出錯率低,系統最小光斑直徑小于1mm滿足小面積電池的測試需求,高穩定性高強度光源不同重復標定標準探測器,節省測試時間,高強度光源充分激發電池效率,測試結果更準確,全反射光路無色差測試結果無偏差。
 

文獻案例: 

摘自:Halogen Engineering for Operationally Stable Perovskite Solar Cells via Sequential Deposition, Adv. Energy Mater. 2019, 1902239, 使用卓立漢光的 模擬器Solar IV-150A,及Solar Cell Scan100 測試系統
 

卓立漢光為鈣鈦礦電池測試提供特殊定制樣品臺
鈣鈦礦太陽能電池除兩端電極外,功能層分為空穴傳輸層(NiOx)、鈣鈦礦層(CH3NH3PbI3)以及電子傳輸層(ZnO)。太陽光從ITO玻璃面入射,電極在入射光背面,稱為背電極結構。陰極為Al、陽極為ITO。
 
卓立漢光針對這種背電極結構的鈣鈦礦太陽能電池提供定制樣品探針臺,QE-F6-D。由于不同客戶制作的電池尺寸和電極位置不同,因此卓立漢光針對每個客戶的電池尺寸及電極位置量身定做樣品臺,達到電極接觸良好、不遮光、不易損壞ITO膜及同一樣品上不同電池塊輸出的快速切換。
 
QE-F6-D使用簡單,只需三步就可以完成樣品安裝:
1、解鎖打開上蓋;
2、ITO面朝上放入樣品臺;
3、扣上蓋鎖好,旋轉旋鈕選擇不同電池片的電流輸出;

鈣鈦礦材料PL發光特性研究
卓立漢光自主研發的OminiFluo-900 系列熒光光譜系統可以方便地完成鈣鈦礦材料的PL 發光特性研究,不但可以給出完善的全光譜穩態熒光光譜,同樣可以實現從ns-us-ms-s 范圍的熒光壽命測量。
OmniFluo900系列以模塊化設計為原則,以我公司 15 年豐富的光譜系統設計、制造及品控經驗為基礎,搭配時間分辨率達到皮秒量級多通道掃描單光子計數器,可方便地實現熒光(PL)光譜、激光誘導熒光(LIF)光譜、電致發光(EL)光譜及熒光量子產率(QY)等多種穩態、瞬態測試功能。
主要特點:
· 模塊化結構設計,后續升級簡單方便;

· 超寬光譜范圍: 200-2500nm;
· 超高靈敏度:水拉曼信噪比>10000:1;
· 超高光譜分辨率及準確性: <0.08nm光譜分辨,+/-0.2nm準確度,+/-0.1nm 重復精度;
· 發射光譜校正功能;
· 眾多升級選項,功能齊備;


上圖:OminiFluo-990系統利用得到的鈣鈦礦Cs4PbBr6 在不同溫度下的 穩態發光以及壽命隨溫度變化測試數據! (穩態激發:75W氙燈@360nm;發射:450-650nm;瞬態激發:375nm ps Laser發射:520nm)
 

文獻案例: 
比如近期的在以釩氧化物為摻雜劑的高性能、穩定的鈣鈦礦太陽能電池研究中(發表于J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 13256–13264,DOI: 10.1039/c9ta03351c,華僑大學,福建綠色功能材料工程研究中心&教育部環保功能材料工程研究中心的文章),不同摻雜劑下基于spiro-OMeTAD的鈣鈦礦太陽能電池的穩態光致發光PL光譜的峰值大約在762nm,通過測試時間分辨光譜比較了空穴的復合萃取能力。使用雙指數擬合對數據處理中,短壽命組分和長壽命組分分別與非輻射復合以及整體性能相關,原始的鈣鈦礦薄膜的PL 雙組分壽命分別為τ1=22.0 ns ,τ2 = 219.0ns, 而基于spiro-OMeTAD+V2O5 鈣鈦礦顯示了更短的壽命組分: τ1=8.6 ns ,τ2 = 41.0ns, 基于spiro-OMeTAD+O2 鈣鈦礦則為: τ1=19.6 ns ,τ2 = 70.5ns,由此得出結論:基于基于spiro-OMeTAD的V2O5 摻雜劑的鈣鈦礦展示了更快的更有效的空穴復合萃取能力。文章中的數據見下圖

文章中的時間分辨PL光譜壽命測試系統TRPL來自于卓立漢光的OmniFluo 系統。

對于更快的發光過程,卓立漢光可提供條紋相機光譜測試系統可以快速完成ps 量級的熒光壽命測試,從而了解更多帶隙間結構信息! 條紋相機的測試方法有望成為超快熒光測試的新寵!
主要特點:

· 紫外到近紅外光譜響應: 200-900nm;
· 超高時間分辨光譜:<=2ps時間分辨;
· 主流核心部件,國際品質保障;
· 兼容高頻同步掃描及單次低頻觸發掃描模式;
· 優化系統配置,超高靈敏度;
· 與光譜儀連用,提供完整時域光譜測試解決方案
 

文獻案例
蘭州大學利用條紋相機得到的 Cs4PbBr6 以及 CsPbBr3 鈣鈦礦材料的超快熒光組分壽命數據(文章發表在2019年10月9日的 Physical Chemistry Letters ),文章中提到,鈣鈦礦材料Cs4PbBr6 在之前用TCSPC 做壽命測試的時候,壽命為2.6ns(69%),15ns(31%), CsPbBr3 無法測到,因為超出了儀器測試的極限! 然后用條紋相機測試時,發現了更快的壽命組分,分別為: Cs4PbBr6 (11 ps) and CsPbBr3 (24 ps)。 證明了Cs4PbBr6的衰變速度明顯快于CsPbBr3。

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