本发明涉及钙钛矿光伏器件缺陷态分布成像，具体涉及一种钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法。
背景技术：
1、钙钛矿是一种具有广泛潜力应用的前沿物质，展现出多样的晶体结构、优异的光电和磁电性能。由于其高载流子迁移率、长载流子扩散长度和溶液基制备等独特优势，钙钛矿已在传感器、生物医学应用、发光二极管和太阳能电池等领域得到广泛应用。为促进钙钛矿太阳能电池的商业应用，对钙钛矿薄膜和器件的微观结构和特性进行彻底分析对于理解和探索机理问题非常有帮助。
2、直至目前，缺陷仍是阻碍钙钛矿光伏器件效率逼近理论极限的核心问题，亦是研究者们的热点研究对象。关于缺陷态信息的检测方法丰富多样，表征区域涉及能量和空间两个方面。热导纳谱技术是一种成熟的技术，可用于探索与能量相关的缺陷态分布信息，而驱动级电容分析能够揭示器件空间垂直方向上的陷阱态分布。若想实现缺陷态表征技术的交叉融合，绘制出缺陷与能量或空间相关的分布全景图，需要将表征信息置于同一层面，即同样的观测对象与表征维度。针对薄膜表面的缺陷态表征已有多种多样的类型，然而，目前分析钙钛矿光伏器件缺陷性相关信息需要制备分别制备多组薄膜样品或器件进行多项表征测试，才能综合推测最终制得的光伏器件质量。针对器件表面的水平方向上的缺陷态分布表征仍然发展匮乏且急需开发，助力缺陷态在空间维度上的三维全景图绘制与分析。为了实现缺陷的水平方向分析，需要实现电学信号与成像的同步反馈，扫描光电流检测技术能够实现对器件样品中光电流信息进行检测与成像，提供丰富的半导体信息，包括内部电场、电荷输运与复合动力学。这为绘制光伏器件中缺陷态在三维空间与能量空间中分布情况提供了前提条件，有利于获取器件性能相关的全方位而深入的信息，然而目前还未有研究者实现这一分布情况的图像绘制。
3、目前已发展的缺陷表征技术主要集中于单维度的信息呈现，包括扫描光电流检测技术(j.chen,g.p.zhu,x.li,y.h.lou,c.dong,k.l.wang,s.yuan,c.h.chen,y.r.shi,t.wang,small 2022,18,2201930)、驱动级电容分析技术(z.ni,c.bao,y.liu,q.jiang,w.-q.wu,s.chen,x.dai,b.chen,b.hartweg,z.yu,science 2020,367,1352-1358)和热导纳谱技术，他们分别呈现了缺陷态与水平漂移距离、缺陷态与探测深度和缺陷态与缺陷能量范围相关的信息。目前尚未有研究者实现对各项表征技术的深入分析得出这几项表征技术的共通点，从而实现各项表征技术的交叉融合，绘制出钙钛矿光伏器件中缺陷态在多维度中的分布情况。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，解决现有的缺陷表征技术只能呈现单维度信息，获取的缺陷相关信息更为片面，对器件性能的机制呈现不透彻的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，包括如下步骤：
3、s1、扫描光电流测量：激光光斑聚焦在样品上，扫描检测并拟合光电流，拟合模型为指数衰减模型，公式为：
4、
5、其中，y为拟合得出的光电流，a1为器件测得最大光电流数值，x为激光光斑与电极之间的距离，l为拟合得出的光生载流子扩散长度；
6、s2、热导纳谱测量和驱动级电容分析测量：通过电阻抗分析仪提供直流和交流输出，测量器件的相应电容；
7、热导纳谱测量时，缺陷态密度的分布情况公式为：
8、
9、其中，nt(ew)为固定能量深度对应的缺陷态密度，vbi是器件的内置电位，w是耗尽宽度，由莫特-肖特基分析的c-v测量得出，k、q、t、w和c分别为玻尔兹曼常数、基本电荷、温度、角频率和比电容；
10、分界能的公式为：
11、
12、其中，ew为分界能，w0是试图逃离角频率，w0＝2πv0t2，ν0是与温度无关的试图逃离频率，由与温度相关的电容频率测量得出；
13、驱动级电容分析测量时，载流子密度的计算公式为：
14、
15、其中，n为载流子密度，ε＝6.5为钙钛矿介电常数，q为基本电荷，a＝0.16cm2为光伏器件的活性面积。包含深阱态的载流子密度的推导是基于电荷的变化(δq)与微扰交流偏压(δv)之间的非线性关系：δq/δv＝c0+c1δv+c2(δv)2+…，而dlcp)(驱动级电容分析)使用可变δv来测量结电容，并利用嵌入在高阶项中的信息从陷阱状态获得电容贡献，求导得到一阶导数c0和二阶导数c1；
16、总载流子密度减去自由载流子密度得出低交流频率下的缺陷态密度nt；
17、s3、将扫描光电流测量的光电流分别与热导纳谱测量和驱动级电容分析测量的缺陷态密度交叉结合，得到器件的缺陷态分布三维图像。
18、本发明基于热导纳谱、驱动级电流分析和扫描光电流检测技术，结合光学表征技术，对具有不同结构的钙钛矿光伏器件进行各项表征技术的信号收集与比较分析，明确信号的意义与共通点；将扫描光电流检测与热导纳谱、驱动级电流分析交叉融合，获取了完整的钙钛矿光伏器件中缺陷态在三维空间与能量空间中的分布情况，通过两张集成图像进一步深入分析器件内部微观结构与特质，深度揭示器件微观信息。
19、进一步的，缺陷态分布三维图像中x轴为扫描光电流检测获取的光电流数值，y轴为热导纳谱或驱动级电容分析获取的缺陷态密度，z轴为探测范围。
20、进一步的，所述扫描光电流测量具体为：激光器发出的激光束经物镜聚焦在样品上，电控x-y扫描镜驱动样品移动使得聚焦光束在样品表面进行扫描，实现光电流分布的空间映射，样品光电流通过空间滤波器除噪声并放大，将光电流转换为电压信号。
21、进一步的，s1中，偏置电压设置为0v。
22、进一步的，所述激光器为连续波激光器，为扫描光电流测量提供连续稳定的光束。
23、进一步的，所述物镜将激光束聚焦成衍射极限的光斑点，确保测量过程中的高空间分辨率，所述物镜为显微镜的高数值孔径物镜。
24、进一步的，所述激光光束在样品上的扫描范围为1600×500μm2，步长≥2μm。
25、进一步的，所述热导纳谱测量时，直流偏置从0v到光伏器件的开路电压，交流频率的扫描范围为1khz-10mhz。
26、进一步的，所述热导纳谱测量时，在测量中，直流偏置固定为0v，交流偏置的幅值为20mv。
27、进一步的，所述驱动级电容分析测量时，总载流子密度会随着交流频率的进一步增加趋于饱和，自由载流子密度n0通过测量高交流频率下的载流子密度获得，总载流子密度通过测量低交流频率下的载流子密度获得,总载流子密度减去自由载流子密度n0得出低交流频率下的缺陷态密度nt。
28、进一步的，所述可变δv为20-300mv。
29、进一步的，s3中，扫描光电流测量与热导纳谱测量和驱动级电容分析测量的检测范围横向迁移距离和垂直探测深度均一化处理。
30、进一步的，s3中，扫描光电流测量的光电流与驱动级电容分析测量的缺陷态密度交叉结合时，得到器件缺陷空间三维分布图像，器件的纵向缺陷分布情况体现在三维分布图像的边缘，横向缺陷分布情况隐藏于三维分布图像内部。
31、进一步的，s3中，扫描光电流测量的光电流与热导纳谱测量的缺陷态密度交叉结合时，得到器件缺陷能量空间三维分布图象，器件能量空间的缺陷分布体现在三维分布图像的表面，横向缺陷分布隐藏于三维分布图像内部。
32、本发明的有益效果：
33、本发明通过拟合载流子迁移距离、缺陷态密度数值实现热导纳谱、驱动级电容分析和扫描光电流检测技术的缺陷表征技术融合，建立器件中的缺陷分布的能量空间模拟与空间三维模拟，从而了解缺陷分布的精确能量和空间特性。
34、本发明基于获得的光伏器件的三维空间缺陷分布，结合能量空间中缺陷分布情况揭示器件中钙钛矿的微观结构和功能，为设计更有针对性的缺陷钝化策略提供有力的技术支撑，促进钙钛矿光伏器件效率进一步逼近理论极限。
1.一种钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，所述扫描光电流测量具体为：激光器发出的激光束经物镜聚焦在样品上，电控x-y扫描镜驱动样品移动使得聚焦光束在样品表面进行扫描，实现光电流分布的空间映射，样品光电流通过空间滤波器除噪声并放大，将光电流转换为电压信号。
3.如权利要求2所述的钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，所述物镜将激光束聚焦成衍射极限的光斑点。
4.如权利要求2所述的钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，所述激光光束在样品上的扫描范围为1600×500μm2，步长≥2μm。
5.如权利要求1所述的钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，所述热导纳谱测量时，直流偏置从0v到光伏器件的开路电压，交流频率的扫描范围为1khz-10mhz。
6.如权利要求1所述的钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，所述驱动级电容分析测量时，自由载流子密度通过测量高交流频率下的载流子密度获得，总载流子密度通过测量低交流频率下的载流子密度获得。
7.如权利要求1所述的钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，所述可变微扰交流偏压为20-300mv。
8.如权利要求1所述的钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，s3中，扫描光电流测量与热导纳谱测量和驱动级电容分析测量的检测范围横向迁移距离和垂直探测深度均一化处理。
9.如权利要求1所述的钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，s3中，扫描光电流测量的光电流与驱动级电容分析测量的缺陷态密度交叉结合时，得到器件缺陷空间三维分布图像，器件的纵向缺陷分布情况体现在三维分布图像的边缘，横向缺陷分布情况隐藏于三维分布图像内部。
10.如权利要求1所述的钙钛矿光伏器件缺陷态分布的多维度成像方法，其特征在于，s3中，扫描光电流测量的光电流与热导纳谱测量的缺陷态密度交叉结合时，得到器件缺陷能量空间三维分布图象，器件能量空间的缺陷分布体现在三维分布图像的表面，横向缺陷分布隐藏于三维分布图像内部。
