一种适用于钙钛矿太阳能电池的EL检测设备及检测方法与流程

一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备及检测方法
技术领域
1.本发明涉及钙钛矿太阳能电池的生产与检测技术领域，尤其是涉及一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备及检测方法。


背景技术：

2.el(electroluminescence)测试，即电致发光测试，是太阳能电池生产制备过程中的常用检测手段。通过在太阳能电池外加正向偏置电压，电源向太阳能电池注入大量非平衡载流子，大量的非平衡载流子不断的在电池扩散区复合发光，放出光子，利用ccd相机捕捉到这些光子，最终计算机处理后显示出发光图像，整个过程在暗室中进行。el图像的正比于电池片的少子扩散长度与电流密度，有缺陷的地方，显示的图像较暗，通过el图像的明暗分析，可以有效的发现电池材料缺陷、制备过程异常、裂纹等问题。
3.晶硅太阳能电池的带隙一般在1.12ev左右，对应的晶硅电池带间直接辐射复合的el光谱峰值在1150nm左右。市面上的el测试设备主要针对的是晶硅太阳能电池制造的，通常在相机感光元件前镀一层1100nm波段前的短波截止滤光层，而钙钛矿电池通过电池材料的不同配比组合，可以实现不同带隙的电池的结构，其el图像大多在780nm-900nm波段较大范围内成像，显然市面上针对晶硅太阳能电池设计的el检测设备不适用于钙钛矿太阳能电池。即便el相机感光波段较广，也无法满足针对特定带隙设计的钙钛矿电池屏蔽由于缺陷杂相受电复合发光而引起的成像失真等问题，因此需要开发出一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备及检测方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备及检测方法，可以判断钙钛矿电池组件的复合发光波段，得知钙钛矿电池的禁带宽度，以及快速排除钙钛矿电池制备过程中的一些缺陷杂相受电复合发光对最终成像造成的干扰。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备，所述el检测设备包括：成像相机、系列长波截止、短波截止滤光片组合套装、钙钛矿电池组件和测试电源；
7.其中，所述成像相机具有镜头和感光元件，所述长波通和短波通系列截止滤光片组合套装设置在所述成像相机的镜头前，所述钙钛矿电池组件垂直于所述镜头的方向放置；所述测试电源用于为所述钙钛矿电池组件提供电源，以使得所述钙钛矿电池组件通电复合发光，所述钙钛矿电池组件发出的光线经所述长波通和短波通系列截止滤光片组合套装后进入所述感光元件进行el成像，即所述长波通和短波通系列截止滤光片组合套装只能够允许特定波段的光线通过。
8.优选的，在上述的el检测设备中，所述长波通和短波通系列截止滤光片组合套装包括：一系列的长波通截止滤光片和短波通截止滤光片。
9.优选的，在上述的el检测设备中，所述长波通截止滤光片为400nm-1100nm范围内
每隔50nm一个转变点的长波通滤光片；所述短波通截止滤光片为400nm-1100nm范围内每隔50nm一个转变点的短波通滤光片，以使得400nm-1100nm波长范围任意50nm区间内的波长均可以有一组长波通截止滤光片和短波通截止滤光片组合框选出来，由此可以确定能够进入所述成像相机进行el成像的波长范围。
10.优选的，在上述的el检测设备中，所述长波通截止滤光片和所述短波通截止滤光片均由一侧为外螺纹处理，另一侧为内螺纹处理的圆筒形载具固定在所述镜头前，且所述圆筒形载具的内外螺纹彼此匹配。
11.优选的，在上述的el检测设备中，所述镜头前还设置有内螺纹处理，所述内螺纹的尺寸与所述圆筒形载具的外螺纹尺寸相匹配。
12.优选的，在上述的el检测设备中，还包括：若干导线，所述测试电源通过所述导线与所述钙钛矿电池组件形成电连接；
13.其中，所述测试电源的正极连接所述钙钛矿电池组件的正极，所述测试电源的负极连接所述钙钛矿电池组件的负极。
14.优选的，在上述的el检测设备中，所述测试电源为直流电源。
15.优选的，在上述的el检测设备中，还包括：成像暗室，所述成像暗室用于遮蔽外部的光线，将所述成像相机与所述钙钛矿电池组件至于其中，以使得所述成像相机进行el拍摄时需要的光线均来自于所述钙钛矿电池组件电致发光产生的光线。
16.优选的，在上述的el检测设备中，所述成像暗室内具有支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述钙钛矿电池组件，以使得所述钙钛矿电池组件可以按照垂直于所述镜头的方向放置。
17.本发明还提供一种如上述任一项所述的el检测设备的检测方法，所述检测方法包括：
18.将长波通和短波通系列截止滤光片组合套装设置在成像相机的镜头前，并将所述成像相机和钙钛矿电池组件固定于暗室内，将所述钙钛矿电池组件的正负极对应连接测试电源，通过所述测试电源对所述钙钛矿电池组件进行通电，利用所述成像相机对通电的所述钙钛矿电池组件进行el拍摄。
19.通过上述描述可知，本发明技术方案提供的一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备及检测方法中，在成像相机的镜头前加装特定的长波通截止滤光片和短波通截至滤光片，通过此两个滤光片的组合，使特定波段的光才可以进入成像相机的感光元件里进行成像，进而可以判断钙钛矿电池组件电致发光的波段范围，即钙钛矿电池组件的复合发光波段，从而通过半导体光学带隙计算公式得知钙钛矿电池的禁带宽度，同时由于进光波段范围很窄，因此可以排除钙钛矿电池制备过程中的一些缺陷杂相受电复合发光对最终成像造成的干扰。本发明使得el成像的进入光线波长可调，获得了常规el成像不能实现的测试精度、更丰富广泛的测试数据，且结构简单，实用性强，操作方便。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。
21.本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本技术所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
22.图1为本发明实施例提供的一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备的结构示意图；
23.图2为本发明实施例提供的一种长波通截止滤光片和短波通截止滤光片的波长-透过率曲线图；
24.图3为本发明实施例提供的一种圆筒形载具的结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术中的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
27.参考图1，图1为本发明实施例提供的一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备的结构示意图。
28.如图1所示，所述el检测设备包括：
29.成像相机11、长波通和短波通系列截止滤光片组合套装12/13、钙钛矿电池组件15和测试电源14；
30.其中，所述成像相机11具有镜头、感光元件和信号处理器，所述长波通和短波通系列截止滤光片组合套装12/13设置在所述成像相机11的镜头前，所述钙钛矿电池组件15垂直于所述镜头的方向放置；所述测试电源14用于为所述钙钛矿电池组件15提供电源，以使得所述钙钛矿电池组件15通电复合发光，所述钙钛矿电池组件15发出的光线经所述长波通和短波通系列截止滤光片组合套装12/13和所述镜头进入所述感光元件进行el成像，且所述长波通和短波通系列截止滤光片组合套装12/13只能够允许特定波段(如700nm-750nm)的光线进入所述感光元件进行el成像。
31.其中，所述感光元件前未镀任何截止滤光层，可以使得全波段的光均可以进入感光元件进行成像，但是由于本方案中在成像相机11的镜头前加装了长波通和短波通系列截止滤光片组合套装12/13，所以只能够允许特定波段的光进入感光元件进行el成像。所述特定波段可以根据测试精度和测试范围进行制定。
32.本发明实施例中，所述长波通和短波通系列截止滤光片组合套装12/13包括：一系列的长波通截止滤光片13和短波通截止滤光片12。
33.所述长波通截止滤光片13可以为400nm-1100nm范围内任意50nm一个转变点的长波通截止滤光片(例如转变点500nm的长波通截止滤光片，波长小于500nm的波不可以通过，波长大于500nm的波可以通过)；所述短波通截止滤光片12可以为400nm-1100nm范围内任意
50nm一个转变点的短波通截止滤光片(例如转变点500nm的短波通截止滤光片，波长小于500nm的波可以通过，波长大于500nm的波不可以通过)，以使得400nm-1100nm波长范围任意50nm区间内的波长均可以有一组长波通截止滤光片13和短波通截止滤光片12组合框选出来，由此可以确定能够进入所述成像相机11进行el成像的波长范围。
34.如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种长波通截止滤光片和短波通截止滤光片的波长-透过率曲线图，选取的长波通截止滤光片和短波通截止滤光片组合只允许波长在750nm-800nm的光波进入成像相机内进行成像。
35.如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种圆筒形载具的结构示意图，所述长波通截止滤光片13和所述短波通截止滤光片12均由一侧为外螺纹处理21，另一侧为内螺纹处理22的圆筒形载具固定在所述镜头前，且所述圆筒形载具的内外螺纹彼此匹配。
36.另外，所述镜头前还设置有内螺纹处理，所述内螺纹的尺寸与所述圆筒形载具的外螺纹尺寸相匹配。并且所述镜头的焦距范围适用于一般尺寸的太阳能电池组件成像。
37.如图1所示，所述el检测设备还包括：若干导线，所述测试电源14通过所述导线与所述钙钛矿电池组件15形成电连接；
38.其中，所述测试电源14的正极通过导线连接所述钙钛矿电池组件15的正极，所述测试电源14的负极通过导线连接所述钙钛矿电池组件15的负极。
39.进一步的，所述测试电源14可以为直流电源，其电压电流范围可覆盖一般太阳能电池的开路电压和短路电流范围，有恒压、恒流模式。在el测试时可通过导线对钙钛矿电池组件15正向通电。
40.如图1所示，所述el检测设备还包括：成像暗室16，所述成像暗室16用于遮蔽外部的光线，将所述成像相机11与所述钙钛矿电池组件15至于其中，以使得所述成像相机11进行el拍摄时需要的光线均来自于所述钙钛矿电池组件15电致发光产生的光线。
41.其中，所述成像暗室16内还具有支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述钙钛矿电池组件15，以使得所述钙钛矿电池组件15可以按照垂直于所述镜头的方向放置。
42.通过上述描述可知，本发明技术方案提供的一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备中，在成像相机的感光元件前不镀任何滤光层即可使全波段光进入感光元件，并且在成像相机的镜头前加装特定的长波通截止滤光片和短波通截至滤光片，通过此两个滤光片的组合，使特定波段的光才可以进入成像相机的感光元件里进行el成像。如若未观察到成像，则需要调整长波通截止滤光片和短波通截至滤光片的组合，先从大范围选取，再一步步进行波段的锁定，进而达到判断钙钛矿电池组件光致发光的波段范围，即钙钛矿电池组件的复合发光波段，并通过半导体光学带隙计算公式进而得知钙钛矿电池的禁带宽度，同时由于进光波段范围很窄，因此可以排除钙钛矿电池制备过程中的一些缺陷杂相受电复合发光对最终成像造成的干扰。
43.由此可知，本发明不仅适用于钙钛矿电池的el测试成像，还可以通过el测试验证钙钛矿电池调试配方的带隙是否达到设计目标值以及简单的确定钙钛矿电池的带隙范围。不仅可以实现对钙钛矿太阳能电池材料缺陷、制备过程异常、裂纹等问题检测，还是一个快速简单验证钙钛矿电池结构设计(尤其是带隙设计)是否达到设计目的，以及快速确定钙钛矿电池带隙的便捷方法，同时排除由于缺陷杂相复合发光而引起的成像失真等问题。
44.基于上述实施例，本发明还提供一种如上述实施例描述的el检测设备的检测方
法，所述检测方法包括：
45.将长波通和短波通系列截止滤光片组合套装设置在成像相机的镜头前，并将所述成像相机和钙钛矿电池组件固定于暗室内；将所述钙钛矿电池组件的正负极对应连接测试电源，通过所述测试电源对所述钙钛矿电池组件进行通电；利用所述成像相机对通电的所述钙钛矿电池组件进行el拍摄。
46.本发明实施例中，通过将钙钛矿电池组件15如图1所示固定于成像暗室16内，并将钙钛矿电池组件15的正负极对应连接测试电源14的正负极，对成像暗室16进行全封闭，将成像相机11与钙钛矿电池组件15至于其中，使其最大程度上达到内部光线只来自于钙钛矿电池组件15光致发光产生的光线。通过测试电源14对钙钛矿电池组件15进行通电，通常通电电流大小值为钙钛矿电池组件15的短路电流值，此时钙钛矿电池组件15通电复合发光，发出的光波只有特定波段(如750nm-800nm)的光波才能进入成像相机11内成像，通过调整成像相机11的白平衡、曝光时间等参数可以得到最终的el成像。并通过最终是否成像可以判定制备的钙钛矿电池组件15吸光层带隙是否在设计范围内，通过成像的完整性可以判定制备的钙钛矿电池组件15是否存在缺陷，通过进入成像相机11的波段范围，可以判断是否杂相复合发光。
47.通过上述描述可知，本发明技术方案提供的一种适用于钙钛矿太阳能电池的el检测设备及检测方法中，在成像相机的感光元件前不镀任何滤光层即可使全波段光进入感光元件，并且在成像相机的镜头前加装特定的长波通截止滤光片和短波通截至滤光片，通过此两个滤光片的组合，使特定波段的光才可以进入成像相机的感光元件里进行el成像，如若未观察到成像，则需要调整长波通截止滤光片和短波通截至滤光片的组合，先从大范围选取，再一步步进行波段的锁定，进而达到判断钙钛矿电池组件光致发光的波段范围，即钙钛矿电池组件的复合发光波段，并通过半导体光学带隙计算公式进而得知钙钛矿电池的禁带宽度，同时由于进光波段范围很窄，因此可以排除钙钛矿电池制备过程中的一些缺陷杂相受电复合发光对最终成像造成的干扰。
48.本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的检测方法而言，由于其与实施例公开的el检测设备相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见el检测设备部分说明即可。
49.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
50.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。