一种监控钙钛矿成膜的装置的制作方法

本实用新型涉及光伏技术领域，尤其涉及一种监控钙钛矿成膜的装置。

背景技术：

近年来，随着光伏行业技术的高速发展，钙钛矿材料由于具有高吸光性、带隙可调节性、制备成本低廉以及可附着在柔软材料上等优势，钙钛矿电池越来越备受青睐。

钙钛矿材料的光电性能在很大程度上决定于成膜质量的好坏。气相法是现有的钙钛矿的成膜工艺之一。气相法成膜工艺中，需要监控成膜的质量和成膜的厚度，来调控沉积的速率，以可重复性地得到最佳的钙钛矿薄膜。

为了检测成膜厚度，现有技术中采用如下方法：

(1)在蒸发源上方设置石英晶体传感器，引入工具因子(即沉积在传感器上的材料和沉积在衬底上的材料之比)的参数，通过测量传感器上沉积的膜层厚度来估算衬底上实际成膜的厚度；

(2)x射线衍射法；

(3)光电子能谱法；

(4)钙钛矿颜色分析法。

但是，在现有技术中，采用上述方法(1)引入工具因子的参数时，由于工具因子这个参数本身并不是十分精确，且工具因子对实验条件的改变比较敏感，导致计算出来的实际成膜厚度有较大误差；同时石英晶体传感器的可重复利用性较差。x射线衍射法和光电子能谱法使用到的测量仪器较复杂，耗能高，导致测量成本较高。钙钛矿颜色分析法是通过经验数据、模型进行计算，其测量结果也存在较大误差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种监控钙钛矿成膜的装置，能够监控钙钛矿薄膜的成膜过程，并得到钙钛矿薄膜的厚度。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种监控钙钛矿成膜的装置，包括：

箱体，所述箱体内设有容置腔，电池基底能够安装至所述容置腔内；

激光源，设于所述容置腔内，所述激光源发射的激光能够转变为等幅椭圆偏振光并入射到所述电池基底表面的钙钛矿薄膜；

传感器，设于所述容置腔内，所述等幅椭圆偏振光能够在所述钙钛矿薄膜上发生偏振变化后被反射至所述传感器，以使所述传感器检测光信号；

数据处理组件，用于对所述传感器检测到的所述光信号进行处理，以得到所述电池基底上的钙钛矿薄膜的厚度。

可选地，所述容置腔内还设有椭圆偏振光合成件，所述椭圆偏振光合成件设置于所述激光源的出光侧，所述激光源发射的激光经由所述椭圆偏振光合成件转变为所述等幅椭圆偏振光。

可选地，所述椭圆偏振光合成件包括沿激光的传播路径依次设置的偏振器和λ/4波片。

可选地，所述容置腔内还设有检偏器，所述检偏器设于所述传感器的入光侧，所述电池基底反射的光束经由所述检偏器后被所述传感器检测到。

可选地，所述容置腔内还设有蒸发源，所述蒸发源的蒸发物质能够扩散至所述容置腔内。

可选地，所述电池基底能够安装至所述容置腔的顶部，所述蒸发源位于所述容置腔的底部。

可选地，所述容置腔内设有蒸发台，所述蒸发源位于所述蒸发台上，所述蒸发台的温度可调。

可选地，所述容置腔内设有至少一个所述蒸发台，

可选地，所述容置腔内设有至少两个所述蒸发台。所述容置腔内还设有蒸发台分隔件，所述蒸发台分隔件用于将各个所述蒸发台分隔开。

可选地，所述容置腔内设有挡板组件，所述挡板组件将所述容置腔分隔为蒸发腔和安装腔，所述蒸发源设于所述蒸发腔内，所述激光源和所述传感器设于所述安装腔内。

本实用新型提出的监控钙钛矿成膜的装置，将钙钛矿电池基地安装于容置腔内，设置激光源发射激光并将激光转变为等幅椭圆偏振光使之照射到电池基底的表面，当等幅椭圆偏振光在电池基底表面的钙钛矿电池薄膜上发生偏振变化后被反射至传感器时，传感器采集光信号；由数据处理组件对传感器采集到的光信号进行数据处理，得到电池基底表面的钙钛矿电池薄膜的厚度。

同时，可根据需要对数据处理组件进行设计，除了能够得到电池基底表面的钙钛矿电池薄膜的厚度，还能够得到电池基底表面的钙钛矿电池薄膜的其他材料属性，如折射率和消光系数等，以评价电池基底表面的钙钛矿电池薄膜的成膜质量。

与现有技术相比，本实用新型提出的监控钙钛矿成膜的装置能够准确得到钙钛矿薄膜的厚度，且能够重复使用，结构简单，成本低廉。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的监控钙钛矿成膜的装置的结构示意图。

图中：

1、箱体；11、容置腔；111、第一挡板；1111、第一通孔；112、第二挡板；1121、第二通孔；

2、激光源；

3、传感器；

4、蒸发台；41、蒸发台分隔件；

5、椭圆偏振光合成件；51、偏振器；52、λ/4波片；

6、检偏器；

7、真空泵；

8、旋转基台；

9、电池基底。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了准确得到钙钛矿薄膜的厚度，本实施例提供一种监控钙钛矿成膜的装置。

参见图1，本实施例中，监控钙钛矿成膜的装置包括箱体1、激光源2、传感器3和数据处理组件。

箱体1内设有容置腔11，电池基底9能够安装至容置腔11内，具体地，本实施例中，电池基底9为钙钛矿电池基底；激光源2设于容置腔11内，激光源2发射的激光能够转变为等幅椭圆偏振光并入射到电池基底9表面的钙钛矿电池薄膜；传感器3设于容置腔11内，等幅椭圆偏振光能够在电池基底9上的钙钛矿电池薄膜上发生偏振变化，然后被反射至传感器3以使传感器3检测到变化后的光信号；数据处理组件用于对传感器3采集到的光信号进行处理，以得到电池基底9上的钙钛矿薄膜的厚度。

本实施例提供的监控钙钛矿成膜的装置，电池基底9上的钙钛矿电池薄膜将等幅椭圆偏振光反射至传感器3，传感器3检测到反射的光信号，钛矿电池薄膜的厚度不同时，传感器3检测到的光信号发生的偏振变化状态也相应改变，由数据处理组件对检测到的光信号进行处理，得到钙钛矿薄膜的厚度。

优选地，本实施例中，数据处理组件对至少三组检测到的光信号进行处理，以保证试验数据的多样性，保证得到的钙钛矿薄膜的厚度更精确。

具体地，本实施例中，数据处理组件为具有编制的模型算法的计算机。传感器3采集到的数据输入至计算机后，计算机根据编制的模型算法，对采集到的数据进行处理，得到电池基底9上的钙钛矿电池薄膜的厚度和其他材料属性，如折射率和消光系数。

优选地，本实施例中，电池基底9安装于容置腔11的顶部，激光源2和传感器3位于箱体1内相对的两个侧壁。

优选地，本实施例中，激光源2设置有多个，多个激光源2沿竖直方向上下间隔排列，相应地，传感器3也设有多个且与激光源2一一对应设置。若干个激光源2的设置，一方面能够增加采集到的光信号的数量，增加数据多样性，使得数据处理组件的处理结果精度更高，实现对钙钛矿薄膜的精确计算；另一方面，若干个激光源2的设置，避免了单光源情况下需要在容置腔11内引入导轨，而导轨在真空环境中不具有兼容性。

具体地，本实施例中，激光源2至少设置有三个，相应地，传感器3设置有至少三个。将多个传感器3在同一时间内采集到的多个数据输入到计算机中，计算机根据编制的模型算法，对采集到的数据进行拟合，得到电池基底9上的钙钛矿电池薄膜的厚度。采集到的数据越多，拟合结果越准确。

需要说明的是，编制模型算法对采集到的实验数据进行拟合，是本领域人员非常熟悉的现有技术，在此不做过多介绍。

可选地，本实施例中，激光源2可以为氦氖激光器、半导体激光器、氩离子激光器、氮分子激光器或者其他类型的激光器，由设计人员根据需要选择即可，在此不做过多限制。

具体地，本实施例中，容置腔11内还设有椭圆偏振光合成件5，椭圆偏振光合成件5设置于激光源2的出光侧，激光源2发射的激光经由椭圆偏振光合成件5转变为等幅椭圆偏振光。具体地，椭圆偏振光合成件5包括沿激光的传播路径依次设置的偏振器51和λ/4波片52。

偏振器能够使得光束只保留某个方向的偏振光而过滤掉其他振动方向的光。激光器2发射的激光通过偏振器51变为偏振光，偏振光经过λ/4波片52，使偏振光的振动平面与λ/4波片52的主截面的夹角为45°，从而得到等幅椭圆偏振光。

具体地，本实施例中，容置腔11内还设有检偏器6，检偏器6设于传感器3的入光侧，电池基底9反射的光束经由检偏器6后被传感器3检测到。检偏器6用于检验经电池基底9表面反射出来的线偏振光的偏振状态。

具体地，等幅椭圆偏振光入射到电池基底9表面的钙钛矿材料表面，偏振状态发生改变，然后经电池基底9表面的钙钛矿材料反射后，通过检偏器6的入光口，由传感器3检测到光信号。检偏器6与传感器3一一对应设置。

进一步地，为了使得该监控钙钛矿成膜的装置能够实时监测钙钛矿薄膜的成膜过程，以便操作人员能够更好地控制钙钛矿成膜的过程，本实施例中，钙钛矿薄膜的成膜过程也在该装置中进行，容置腔11内还设有蒸发源，蒸发源的蒸发物质能够扩散至容置腔内，如此，使得箱体1的容置腔11能够作为镀膜腔使用。蒸发源的蒸发物质能够扩散至容置腔内后附着到电池基底9的表面，形成钙钛矿薄膜。

优选地，本实施例中，电池基底9安装至容置腔11的顶部，蒸发源位于容置腔11的底部。如此设置，蒸发源的蒸发物质能够自下而上上升至位于顶部的电池基底9，使得电池基底9的钙钛矿薄膜的成膜质量更好。

具体地，本实施例中，容置腔11的顶部可拆卸设有旋转基台8，需要安装电池基底9时，将旋转基台8拆卸下来，然后将电池基底9安装至旋转基台8上，再将旋转基台8安装至容置腔11内。旋转基台8是钙钛矿电池技术领域中非常成熟的技术，在此不再进行过多介绍。

可选地，本实施例中，旋转基台8为可温控旋转基台。可控温旋转基台具有控温功能，完成钙钛矿薄膜退火和结晶过程。具体地，可温控旋转基台的温度调控范围为20℃-400℃。

可选地，本实施例中，蒸发源可以为单类钙钛矿粉末蒸发源、有机蒸发源或者无机蒸发源，在使用时根据需要选择即可，在此不做过多限制。

进一步地，为了能够控制蒸发源的蒸发速率，进而控制电池基底9的钙钛矿薄膜的沉积速率，本实施例中，容置腔11的底部设有蒸发台4，蒸发源位于蒸发台4上，蒸发台4的温度可调。通过控制蒸发台4的温度来控制蒸发源的蒸发速率，进而控制控制电池基底9的钙钛矿薄膜的沉积速率。

具体地，监控钙钛矿成膜的装置还包括蒸发温度控制系统，蒸发温度控制系统能够调节蒸发台4的温度。根据传感器3检测到的数据，数据处理组件经处理后得到钙钛矿薄膜的厚度，蒸发温度控制系统根据数据处理组件的处理结果，实时调整蒸发台4的温度，控制蒸发率和沉积率。

具体地，蒸发温度控制系统包括温度控制器，温度控制器能够根据数据处理组件的处理结果，实时调整蒸发台4的温度，控制蒸发率和沉积率。

可选地，本实施例中，蒸发台4的温度调控范围为20-800℃，调控精度为1°。

可选地，本实施例中，容置腔11内设有至少一个蒸发台4。优选地，本实施例中，容置腔11内设有至少两个蒸发台4，每一蒸发台4上均放置有一个蒸发源。

进一步地，为了避免不同蒸发台4上的蒸发源互相干扰，本实施例中，容置腔11内还设有蒸发台分隔件41，蒸发台分隔件41用于将各个蒸发台4分隔开，以减少蒸发过程中和蒸发结束时蒸发源之间的互相污染。可以理解的是，蒸发台4始终与容置腔相通，以使得蒸发源的蒸发物质能够扩散至容置腔内。

具体地，本实施例中，容置腔11内设有两个蒸发台4，两个蒸发台4之间设置的蒸发台分隔件41呈板状。当然，在其他的实施例中，蒸发台4可设置有三个或三个以上；多个蒸发台4的布置形式可以为沿第一方向左右间隔设置，相邻的两个蒸发台4之间设置一个板状的蒸发台分隔件41即可；三个或三个以上的蒸发台4还可以沿圆周的周向等间隔分布，相邻的两个蒸发台4之间设置一个板状的蒸发台分隔件41即可。

进一步地，为了减少蒸发物质对激光源2和传感器3的污染和影响，本实施例中，容置腔11内设有挡板组件，挡板组件将容置腔11分隔为蒸发腔和安装腔，蒸发源设于蒸发腔内，激光源2和传感器3设于安装腔内。

具体地，本实施例中，挡板组件包括第一挡板111和第二挡板112。第一挡板111和第二挡板112的设置，使得蒸发腔的两侧各形成一个安装腔，激光源2安装于其中一个安装腔内，传感器3安装于另外一个安装腔内。

具体地，第一挡板111设于容置腔11内，第一挡板111用于将蒸发源和激光源2分隔开。

具体地，本实施例中，第一挡板111上开设有与激光源2对应设置的第一通孔1111，第一通孔1111与激光源2一一对应设置，激光源2发射的激光束经过椭圆偏振光合成件5形成等幅椭圆偏振光，等幅椭圆偏振光穿过第一通孔1111照射到电池基底9上的钙钛矿薄膜上。

具体地，第二挡板112设于容置腔11内，第二挡板112用于将蒸发源和传感器3分隔开。

具体地，第二挡板112上开设有与传感器3一一对应设置的第二通孔1121，电池基底9上的钙钛矿薄膜反射的等幅椭圆偏振光穿过第二通孔1121，经过检偏器6照射到传感器3上。

优选地，本实施例中，容置腔11为真空腔，使蒸发源的扩散均匀一致且没有杂质影响。为了保证容置腔11的真空度符合镀膜要求，本实施例中，监控钙钛矿成膜的装置还包括真空泵7，真空泵7能够去除容置腔11内的空气。具体地，本实施例中，真空泵7能够为容置腔11提供10^-7pa到10^-5pa的真空度，去除容置腔11内的空气，使蒸发源扩散得均匀一致且没有杂质影响。

本实施例提供的监控钙钛矿成膜的装置既能够对电池基底9镀设钙钛矿薄膜的成膜过程进行监测，又能够对钙钛矿薄膜的属性，如厚度、折射率和消光系数，进行监测，方便控制钙钛矿薄膜的成膜过程，提高钙钛矿薄膜的成膜质量。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。