一种光-电转换器件物理机制测试系统和测试方法

技术领域

本发明涉及半导体器件测试技术领域，特别涉及一种光-电转换器件物理机制测试系统和测试方法。

背景技术

光-电转换器件是一种可实现光能与电能之间转化的半导体器件。光-电转换器件吸收光子后，通过器件内部的光生伏特效应，能够将光子转换为电子，电子经外电路输出光信号。光电转换器件应用广泛，军事领域与日常生活中常见的光电探测器与光伏电池均属于光-电转换器件。

随着时代的发展，传统光-电转换器件的性能已无法满足当前以及未来的应用需求，人们开始研发新型的光电材料和光-电转换器件，如：有机光伏电池、钙钛矿光伏电池、有机光电探测器、钙钛矿光电探测器等。为探究器件内部的物理机制，提升器件性能，研究者们对材料与器件的性能进行了深入的研究，将材料与器件联系在一起，揭示器件工作机理。然而，目前少有方法能直接观测器件在工作状态下的物理机制，在不同的电场、光场环境下，材料与器件特性会随之发生变化，测试工作状态下的光电材料与光-电转换器件性质对器件的物理机制研究至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光-电转换器件物理机制测试系统和测试方法，以表征工作状态下的光电材料与光-电转换器件性质，为研究光-电转换器件物理机制提供更加可靠的测试方案，推动光-电转换器件的性能提升。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光-电转换器件物理机制测试系统，包括样品台、电学组件和光学组件；

所述样品台用于放置光-电转换器件，引出光-电转换器件的正负极，以供外加电压或电流以及测试电流、电压，提供光学窗口以供光的入射与出射；

所述电学组件用于电学性能测试；

所述光学组件用于光学性能测试。

在一种实施方式中，所述电学组件包括电源模块和电测量模块；所述电源模块用于给所述光-电转换器件供电；所述电测量模块用于测量所述光-电转换器件的输出电压或电流。

在一种实施方式中，所述光学组件包括激光光源、光电探测器、第一滤光模块、第二滤光模块、第一会聚单元、第二会聚单元；

所述激光光源用于发射激光照射在所述光-电转换器件的感光区域；

所述第一滤光模块用于过滤除激光之外的其它干扰光；

所述第一会聚单元将所述激光光源的发射光汇聚于所述光-电转换器件的感光区域；

所述光电探测器用于接收所述激光光源的发射光经所述光-电转换器件的感光区域吸收后的反射光；

所述第二滤光模块用于过滤除激光反射光之外的包括发射光在内的其它干扰光；

所述第二会聚单元将所述激光光源的发射光经所述光-电转换器件的感光区域吸收后的反射光汇聚于所述光电探测器的收光面；

在一种实施方式中，所述第一滤光模块和所述第一会聚单元放置在所述激光光源与所述样品台之间的激光光路上。

在一种实施方式中，所述第二滤光模块和所述第二会聚单元放置在所述光电探测器与所述样品台之间的反射光路上。

在一种实施方式中，所述激光光源与所述光电探测器分布在过所述激光光源照射点的光-电转换器件感光区域法线两侧，所述激光光源的发射光路、所述光电探测器的收光光路与所述法线呈相同夹角，按照此种分布方式，所述光电探测器既能够接收激光反射光，又可以避开所述光-电转换器件光致发光最强的强度分布区。

本发明还提供一种光-电转换器件物理机制测试方法，包括：

测试激光发射光光强；

测试未供电时光-电转换器件感光区域的吸光度；

给光-电转换器件供电；

测试已供电的光-电转换器件感光区域的吸光度并进行对比。

可选的，所述测试激光发射光光强的步骤包括：在样品台上放置光-电转换器件的位置放置一块全反射镜，打开激光光源和光电探测器，光电探测器测试激光发射光光强。

可选的，所述测试未供电时光-电转换器件感光区域的吸光度的步骤包括：撤去样品台上的全反射镜，在样品台上放置光-电转换器件，打开激光光源和光电探测器，光电探测器测试激光光源的发射光经光-电转换器件的感光区域吸收后的反射光光强，得到未供电时光-电转换器件感光区域的吸光度。

可选的，所述给光-电转换器件供电的步骤包括：打开电源模块和电测量模块，电源模块给光-电转换器件供电，电测量模块测量光-电转换器件的输出电压或电流。

可选的，所述测试已供电的光-电转换器件感光区域的吸光度并进行对比的步骤包括：光电探测器测试激光光源的发射光经已供电的光-电转换器件的感光区域吸收后的反射光光强，得到在不同工作状态下光-电转换器件感光区域的吸光度，对比不同工作状态下光-电转换器件感光区域的吸收特性变化。

可选的，所述吸收特性是稳态吸收或瞬态吸收性能。

本发明提供的一种光-电转换器件物理机制测试系统和测试方法，可以直接观测不同工作状态下光-电转换器件内部感光区域的稳态吸收或瞬态吸收等性能变化，有助于研究光-电转换器件的工作机制。

附图说明

图1为本发明提供的光-电转换器件物理机制测试系统总体架构示意图；

图2为本发明提供的光-电转换器件物理机制测试系统具体实施结构示意图；

图3为本发明所涉及的光-电转换器件感光区域光致发光强度的空间分布示意图；

图4为本发明所涉及的光-电转换器件物理机制测试方法的实现流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种光-电转换器件物理机制测试系统和测试方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供一种光-电转换器件物理机制测试系统和测试方法，所述光-电转换器件物理机制测试系统总体架构如图1所示，包括样品台100、电学组件200和光学组件300。所述样品台100用于放置光-电转换器件，引出光-电转换器件的正负极以供外加电压或电流以及测试电流、电压，提供光学窗口以供光的入射与出射；所述电学组件200用于电学性能测试；所述光学组件300用于光学性能测试。

所述光-电转换器件物理机制测试系统的具体实施结构如图2所示，所述电学组件200包括电源模块210和电测量模块220，所述电源模块210用于给光-电转换器件供电，所述电测量模块220用于测量光-电转换器件的输出电压或电流。其中所述电源模块210可以选用数字源表、电压源、电流源、脉冲电源或信号发生器；所述电测量模块220可以选用电流表、电压表、数字万用表。

所述光学组件300包括激光光源310、光电探测器320、第一滤光模块331、第二滤光模块332、第一会聚单元341、第二会聚单元342。请继续参阅图2，所述激光光源310用于发射激光照射在光-电转换器件感光区域；所述激光光源310可以选用激光二极管、半导体激光器、固体激光器或气体激光器。所述第一滤光模块331用于过滤除激光之外的其它干扰光，所述第一滤光模块331可以选用单个短通滤光片、单个带通滤光片或多个滤光片组合。所述第一会聚单元341能够将所述激光光源310的发射光汇聚于光-电转换器件的感光区域；所述第一会聚单元341可以选用单个准直器或多个透镜的组合。

所述第一滤光模块331和所述第一会聚单元341放置在激光光源310与样品台100之间的激光光路上。

所述光电探测器320用于接收激光光源310的发射光经光-电转换器件的感光区域吸收后的反射光；所述光电探测器320可以选用雪崩光电二极管、单光子雪崩二极管、硅光电倍增管或PIN光电二极管。所述第二滤光模块332用于过滤除激光反射光之外的包括发射光在内的其它干扰光；所述第二滤光模块332可以选用单个短通滤光片、单个带通滤光片或多个滤光片组合。所述第二会聚单元342能够将激光光源310的发射光经光-电转换器件的感光区域吸收后的反射光汇聚于光电探测器320收光面；所述第二会聚单元342可以选用单个准直器或多个透镜的组合。

所述第二滤光模块332和所述第二会聚单元342放置在光电探测器320与所述样品台100之间的反射光路上。

如图3所示为光-电转换器件的感光区域受激光光源310光照后光致发光强度的空间分布，光致发光强度的空间分布符合朗伯体模型。因此，激光光源310与光电探测器320应分布在过激光光源310照射点的光-电转换器件感光区域法线两侧，激光光源310发射光路、光电探测器320收光光路与法线应呈相同夹角，按照此种分布方式，光电探测器320既能够接收激光反射光，又可以避开光-电转换器件光致发光最强的强度分布区。

基于上述的光-电转换器件物理机制测试系统，本发明实施例还提供一种测试方法，其步骤流程请参考图4，包括：

步骤S1，测试激光发射光光强。

在本发明实施例中，在样品台100上放置光-电转换器件的位置放置一块全反射镜，打开激光光源310和光电探测器320，光电探测器320测试激光发射光光强。

步骤S2，测试未供电时光-电转换器件感光区域的吸光度。

在本发明实施例中，撤去样品台100上的全反射镜，在样品台100上放置光-电转换器件，打开激光光源310和光电探测器320，光电探测器320测试激光光源310的发射光经光-电转换器件的感光区域吸收后的反射光光强，得到未供电时光-电转换器件感光区域的吸光度。

步骤S3，给光-电转换器件供电。

在本发明实施例中，打开电源模块210和电测量模块220，电源模块210给光-电转换器件供电，电测量模块220测量光-电转换器件的输出电压或电流。

步骤S4，测试已供电的光-电转换器件感光区域的吸光度并进行对比。

在本发明实施例中，光电探测器320测试激光光源310的发射光经已供电的光-电转换器件的感光区域吸收后的反射光光强，得到在不同工作状态下光-电转换器件感光区域的吸光度，对比不同工作状态下光-电转换器件感光区域的吸收特性变化，所述吸收特性可以是稳态吸收或瞬态吸收性能。

本发明的一种光-电转换器件物理机制测试系统和测试方法，可以直接观测不同工作状态下光-电转换器件内部感光区域的稳态吸收或瞬态吸收等性能变化，有助于研究光-电转换器件的工作机制。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。