CN110649888A - 一种钙钛矿光伏电池降解测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钙钛矿光伏电池降解测试装置，其特点是真空腔体为密闭的箱体，其上设有机械泵与分子泵组成的真空系统，箱体内设有连接温控器的加热台和活动支架，所述机械泵和分子泵由真空管分别与隔离舱和真空腔体连接，所述加热台设置在样品台上，且与设置在真空腔体外的温控器连接；所述活动支架设置在样品台与隔离舱之间传送样品，且一端固定在真空腔体的顶部；所述真空腔体上设有真空计/水氧探头、外置光源、进气阀门和J‑V测试接口。本发明与现有技术相比具有模拟钙钛矿不同的工作环境和测试条件，腔体可调节的真空度不仅可以加速钙钛矿的降解测试，也可模拟不同高度的外太空环境，探索钙钛矿光伏电池在太空领域的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，具体地说是一种钙钛矿光伏电池降解测试装置。
背景技术
光伏发电作为一种清洁，高效的新能源，可有效缓解日益严峻的资源匮乏，环境污染等问题。近些年，钙钛矿光伏电池以其较高光电转换效率，低制作成本，制备简单等优点得以迅速发展，表现出巨大的应用前景。通过发展新材料，优化结构设计，完善制备工艺等手段，其最高光电转换效率已经超过25%，相对于目前应用最广的硅晶光伏电池，稳定性差是限制钙钛矿光伏电池投入市场应用的最大阻碍。钙钛矿光伏电池的稳定性会受到水、氧、光、热、真空环境等因素的影响，晶体结构易被破坏而导致光活性材料发生降解，因此，研究钙钛矿材料在不同条件下的降解机理对提高钙钛矿的长期稳定性具有重大意义。在实验过程中，研究某一因素对钙钛矿的作用需排除其他因素的影响。
目前，应用最多的有机无机杂化钙钛矿甲胺铅碘（CH3NH3PbI3）分解产生易挥发气体，单一的真空环境不会引起钙钛矿的降解，但会加速其降解的过程。因而，利用真空环境加速钙钛矿在加热或光照条件下的降解，缩短实验周期，有利于在实验中快速摸索乃至提高钙钛矿的稳定性。同时，可调节真空度的真空腔体可以模拟不同高度的外太空环境，探索钙钛矿光伏电池在卫星、探测器、高空无人机以及探空气球等空间领域的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种钙钛矿光伏电池降解测试装置，采用机械泵与分子泵组成的真空系统模拟太空真空环境，测试钙钛矿光伏电池器件在高真空状态中应用，精准测控不同实验环境参数，有利于研究钙钛矿材料在不同条件下的降解机理，并在实验中探索出更优良性能的钙钛矿材料和器件，结构简单，使用方便，适用于大规模商业化生产。
实现本发明目的的具体技术方案是：一种钙钛矿光伏电池降解测试装置，包括设有隔离舱和样品台的真空腔体，其特点是真空腔体为密闭的箱体，其上设有机械泵与分子泵组成的真空系统，箱体内设有连接温控器的加热台和活动支架，所述机械泵和分子泵由真空管分别与隔离舱和真空腔体连接，所述加热台设置在样品台上，且与设置在真空腔体外的温控器连接；所述活动支架设置在样品台与隔离舱之间传送样品，且一端固定在真空腔体的顶部；所述真空腔体上设有真空计/水氧探头、外置光源、进气阀门和J-V测试接口。
所述外置光源通过真空腔体顶部透明玻璃窗口射入模拟太阳光光源、紫外光或辐射波长的光照。
所述真空腔体和隔离舱通过真空系统的气压调节，模拟太空真空环境，其气压为10-9~103 mbar。
所述真空计/水氧探头实时监测真空腔体的气压值和水氧含量。
所述J-V测试接口通过引线接入器件的正负电极，实时观测器件的效率衰减情况。
所述温控装置控制加热台使样品处于设定的环境温度，其温度范围为室温~500℃。
所述进气阀门为控制样品所处环境的水氧含量及气体氛围，所述气体氛围为氮气、氧气、干燥空气或水蒸气。
本发明与现有技术相比具有对影响钙钛矿稳定性的温度、水、氧、光照以及真空等因素进行调控，真空腔体顶部窗口放置的光源和内置加热台可进行不同范围的调节，可模拟钙钛矿不同的工作环境和测试条件，腔体可调节的真空度不仅可以加速钙钛矿的降解测试，也可模拟不同高度的外太空环境，探索钙钛矿光伏电池在太空领域的应用前景。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明具体运用示意图。
具体实施方式
参阅附图1，本发明包括设有隔离舱4和样品台10的真空腔体1，所述真空腔体1为密闭的箱体，其上设有机械泵2与分子泵3组成的真空系统，箱体内设有连接温控器7的加热台13和活动支架12，所述机械泵2和分子泵3由真空管14分别与隔离舱4和真空腔体1连接，所述加热台13设置在样品台10上，且与设置在真空腔体1外部的温控器7连接；所述活动支架12设置在样品台10与隔离舱4之间传送样品，且一端固定在真空腔体1的顶部；所述真空腔体1上设有真空计/水氧探头5、外置光源6、进气阀门8和J-V测试接口9；所述外置光源6通过真空腔体1顶部透明玻璃窗口射入模拟太阳光光源、紫外光或辐射波长的光照；所述真空腔体1和隔离舱4通过真空系统的气压调节，模拟太空真空环境，其气压调节范围为10-9~103 mbar；所述真空计/水氧探头5实时监测真空腔体1的气压值和水氧含量；所述J-V测试接口9通过引线接入器件的正负电极，实时观测器件的效率衰减情况；所述温控器7控制加热台13从室温至500℃温度的调节，使样品处于设定的环境温度；所述进气阀门8为控制钙钛矿样品所处环境的水氧含量及气体氛围，所述气体氛围为氮气、氧气、干燥空气或水蒸气。
参阅附图2，本发明是这样使用的：将样品11通过隔离舱4与外部相通的开口放入，隔离舱4可以单独进行抽气和充气，将空气置换成氮气。隔离舱4由舱门与真空腔体1进行密封，并完成高真空或常压下的互联互传，真空腔体1内置的活动支架12将样品11由隔离舱4传送至真空腔体1内。进气阀门8可以通入氮气、氧气、水蒸气、空气等单一气体或混合气体，可以注入氧气或者含有水分的氮气分别观测氧气和水分对钙钛矿材料的影响，真空计/水氧探头5可实时检测真空腔体1内的水氧含量和气压值。真空系统由机械泵2和分子泵3组成，在低真空范围内，控制机械泵2抽气时间，真空腔体1达到所需真空后关闭机械泵2。在高真空范围，通过机械泵2进行预先抽气，真空度降到10-1 mbar以下，开启分子泵3，通过调节分子泵3的转速，使真空腔体1内的真空范围在10-9~10-1 mbar 之间可控制，真空计可检测真空度。设置在真空腔体1顶部的外置光源6使用氙灯模拟太阳光光源，其光照强度为100mW/cm2, 或根据需求使用不同辐射波长的光源对样品11进行光照。研究钙钛矿器件在不同环境中工作状态下效率的衰减，也可以研究钙钛矿材料在光照下的降解情况。目前应用最多的甲胺铅碘钙钛矿中的有机胺离子易挥发，在真空状态中，加速分解产生的氨气，碘和碘化氢从薄膜表面挥发逸出，加速了钙钛矿的分解过程。样品台10上的加热台13连接设置在真空腔体1外部的温控器7，通过施加电压调节样品台10从室温加热至最高500℃温度的调节，温度通过热电偶进行精准测控。钙钛矿材料的热稳定性较差，高温环境下易分解，真空状态同样可加速分解过程，本发明可隔绝水氧等其它因素的影响，研究各类钙钛矿材料的热稳定性，探索具有良好稳定性的新材料。J-V测试接口9通过引线连接器件的正负电极，并结合顶部窗口放置模拟太阳光光源的外置光源6，可实时监测钙钛矿器件在不同环境下的效率以及开路电压、短路电流、填充因子等器件性能参数变化情况。
本发明可对影响钙钛矿稳定性的温度、水、氧、光照以及真空等因素进行调控，真空腔体1顶部窗口放置的外置光源6和内置加热台13可进行不同范围的温度调节，可模拟钙钛矿不同的工作环境和测试条件，调节真空度不仅可以加速钙钛矿的降解测试，也可模拟不同高度的外太空环境，探索钙钛矿光伏电池在太空领域的应用前景。上述具体实施方式只是对最佳实施例的具体说明，并非用以限制本发明专利，凡对其进行等效实施或变更，均应包含于本发明专利的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种钙钛矿光伏电池降解测试装置，包括设有隔离舱（4）和样品台（10）的真空腔体（1），其特征在于真空腔体（1）为密闭的箱体，其上设有机械泵（2）与分子泵（3）组成的真空系统，箱体内设有连接温控器（7）的加热台（13）和活动支架（12），所述机械泵（2）和分子泵（3）由真空管（14）分别与隔离舱（4）和真空腔体（1）连接，所述加热台（13）设置在样品台（10）上，且与设置在真空腔体（1）外的温控器（7）连接；所述活动支架（12）设置在样品台（10）与隔离舱（4）之间传送样品，且一端固定在真空腔体（1）的顶部；所述真空腔体（1）上设有真空计/水氧探头（5）、外置光源（6）、进气阀门（8）和J-V测试接口（9）。
2.根据权利要求1所述钙钛矿光伏电池降解测试装置，其特征在于所述外置光源（6）通过真空腔体（1）顶部透明玻璃窗口射入模拟太阳光光源、紫外光或其它辐射波长的光照。
3.根据权利要求1所述钙钛矿光伏电池降解测试装置，其特征在于所述真空腔体（1）和隔离舱（4）通过真空系统的气压调节，模拟太空真空环境，其气压范围为10-9~103 mbar。
4.根据权利要求1所述钙钛矿光伏电池降解测试装置，其特征在于所述真空计/水氧探头（5）实时监测真空腔体（1）内的气压和水氧含量。
5.根据权利要求1所述钙钛矿光伏电池降解测试装置，其特征在于所述J-V测试接口（9）通过引线接入器件的正负电极，实时观测器件的效率衰减情况。
6.根据权利要求1所述钙钛矿光伏电池降解测试装置，其特征在于所述温控器（7）控制加热台（13）使样品处于设定的环境温度，其温度范围为室温~500℃。
7.根据权利要求1所述钙钛矿光伏电池降解测试装置，其特征在于所述进气阀门（8）为控制样品所处环境的水氧含量及气体氛围，所述气体氛围可以为氮气、氧气、干燥空气或水蒸气。
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