一种钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法

    专利查询2025-03-28  6


    本发明属于电池真空原位化学结构演化分析,尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法。


    背景技术:

    1、钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池中的热门研究材料体系,以其制备成本低,制备工艺简单,环境友好以及转换效率高等优点引起了大量的关注,进而有望在空天领域中替代第一代及第二代太阳能电池,成为浮空器、无人机、航天器及国际空间站的新型能源补给材料。然而,为了推进钙钛矿太阳能电池在空天领域的应用,必须要探究其在极端空间环境作用下的环境效应,主要包括获取其在各种单一或耦合空间环境因素下微观结构的演化规律及机制。

    2、在钙钛矿太阳能电池的各种微观结构表征手段中,获取其化学结构的演变规律是揭示其空间环境效应必不可少的表征手段。可以精确获得钙钛矿太阳能电池中各元素的存在状态和浓度分布,各功能层界面的化学组成和化学态变化。这些信息对于优化器件结构和制备工艺,揭示钙钛矿太阳能电池材料的稳定性和光电性能具有重要的指导意义。

    3、目前虽然已有相关研究着眼于真空/高低温/粒子辐照/电磁辐射等空间环境因素下钙钛矿太阳能电池材料/器件的化学结构的演变机制研究,然而所有的研究范式均基于独立于制备设备或环境模拟装置的化学结构表征,具体而言,这些研究往往在空间环境地面模拟装置中进行材料或器件的环境处理,随后从环境模拟真空腔体中取出再放置于结构表征设备中进行表征和分析,导致钙钛矿太阳能电池材料/器件在转移过程中短期或较长期地暴露于自然环境中。由于其对水/氧/光等环境因素的敏感性会导致附加的性能衰退效应,因而无法获取空间环境作用下真实的化学结构演变规律,从而一定程度上限制了对钙钛矿太阳能电池在极端空间环境下真实化学结构演变过程的获取和演变机理的揭示。

    4、因此,亟需提供一种钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法。


    技术实现思路

    1、为解决上述技术问题,本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,通过将环境模拟设备及化学结构表征设备连接,构建一体化的超高真空系统,确保钙钛矿太阳能电池材料从环境模拟到化学结构表征的全程中保持超高真空环境的连续性,避免受到自然环境中水/氧的影响而产生的附加效应,从而还原其在各种极端空间环境因素影响下的结构演变规律,以解决上述现有技术存在的问题。

    2、为实现上述目的,本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,包括以下步骤:

    3、基于超高真空互联一体化装置,将钙钛矿太阳能电池安装至旗型样品托上,进行抽真空操作;

    4、当真空达到预设量级,基于传样杆将所述旗型样品托传送至样腔的样品停放位中;

    5、基于机械臂旋转将所述旗型样品托从所述样腔的样品停放位中传送至综合环境模拟舱进行环境模拟处理;

    6、环境模拟处理完成后,将所述旗型样品托返回传送至x射线光电子能谱仪中转腔的样品停放位中;

    7、将所述旗型样品托从所述x射线光电子能谱仪中转腔的样品停放位中传送至所述x射线光电子能谱仪中进行原位化学结构演化分析。

    8、可选地,所述旗型样品托置于所述超高真空互联一体化装置的腔体中。

    9、可选地,将钙钛矿太阳能电池安装至旗型样品托上之前还包括:在手套箱中制备钙钛矿太阳能电池。

    10、可选地,将钙钛矿太阳能电池安装至旗型样品托上,进行抽真空操作之前还包括:在样腔中充入ar气体进行破真空操作,直至所述手套箱与样腔之间的舱门打开。

    11、可选地,所述传样杆包括第一传样杆和第二传样杆;

    12、将钙钛矿太阳能电池安装至旗型样品托上,进行抽真空操作的过程包括:将所述旗型样品托置于所述第一传样杆的样品停放位中进行抽真空操作。

    13、可选地,当真空达到预设量级,基于传样杆将所述旗型样品托传送至样腔的样品停放位中的过程包括:基于所述第二传样杆将所述旗型样品托从所述第一传样杆的样品停放位中传送至样腔的样品停放位中。

    14、可选地,基于机械臂旋转将所述旗型样品托从所述样腔的样品停放位中传送至综合环境模拟舱的传递路径为:

    15、通过ufo0的机械臂将旗型样品托从样腔的样品停放位上抓取下来,传递至ufo0和ufo1之间的样腔停放位中,通过ufo1的机械臂将旗型样品托传递至ufo1和ufo2之间的样腔停放位中,最后通过ufo2的机械臂将旗型样品托传递至综合环境模拟舱中。

    16、可选地,基于机械臂旋转将所述旗型样品托从所述样腔的样品停放位中传送至综合环境模拟舱进行环境模拟处理之前还包括:打开所述样腔与ufo0之间的闸板阀,通过所述机械臂将所述旗型样品托从所述样腔的样品停放位中取下。

    17、可选地,将所述旗型样品托从所述x射线光电子能谱仪中转腔的样品停放位中传送至所述x射线光电子能谱仪中的过程包括:基于竖直方向的样品杆将所述x射线光电子能谱仪中转腔的样品停放位下降至高温高压反应池高度,然后基于摆动杆将所述旗型样品托传送至所述x射线光电子能谱仪中待测。

    18、可选地,所述真空的预设量级为e-10mbar量级。

    19、与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果:

    20、本发明提出的钙钛矿太阳能电池空间环境效应超高真空原位化学结构演化分析方法,对钙钛矿太阳能电池进行地面空间环境模拟试验,在完成模拟试验后可直接进行超高真空环境下的原位化学成结构化表征,确保钙钛矿太阳能电池材料从环境模拟到化学结构表征的全程中保持超高真空环境的连续性,避免受到自然环境中水/氧的影响而产生的附加效应,从而还原其在各种极端空间环境因素影响下的结构演变规律,获取空间环境作用下真实的化学结构演变规律。



    技术特征:

    1.一种钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,

    3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,

    4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,

    5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,

    6.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,

    7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,

    8.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,

    9.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,

    10.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,其特征在于,


    技术总结
    本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池空间环境效应真空原位化学结构演化分析方法,属于电池真空原位化学结构演化分析技术领域,包括以下步骤:基于超高真空互联一体化装置,将钙钛矿太阳能电池安装至旗型样品托上,进行抽真空操作;当真空达到预设量级,基于传样杆传送至样腔的样品停放位中;然后基于机械臂旋转传送至综合环境模拟舱进行环境模拟处理;环境模拟处理完成后,传送至X射线光电子能谱仪中转腔的样品停放位中,再传送至所述X射线光电子能谱仪中进行原位化学结构演化分析。本发明能够避免钙钛矿太阳能电池材料受到自然环境中水/氧的影响而产生的附加效应,还原其在各种极端空间环境因素影响下的结构演变规律。

    技术研发人员:盛捷,林倩茹,鲁显超,吴昱颖,兰洋,李立毅
    受保护的技术使用者:哈尔滨工业大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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