鈣鈦礦

鈣鈦礦指的是一種具有獨特物理性質和化學性質的新型無機非金屬材料，作為光伏材料的鈣鈦礦，實際上和鈣、鈦、礦三個字都沒太大關系，而是與鈣鈦礦（CaTiO3）晶體結構類似的“ABX3”化合物。

其結構中A位是有機陽離子，B位是金屬陽離子，X位是鹵族陰離子。鈣鈦礦的晶體結構具有四面體的對稱性，A離子位于立方體的頂點，B離子位于立方體的中心，X離子位于立方體的面心。

被稱為繼第一代晶硅、第二代薄膜之后的第三代光伏電池技術路線。鈣鈦礦結構的化合物具有豐富的物理和化學性質，例如光電、磁電、熱電、壓電、鐵電、超導等。鈣鈦礦結構的化合物在能源、信息、通信、環境等領域有廣泛的應用和研究前景。

相較于當下主流的晶硅電池，鈣鈦礦是一種具有革命性的新材料，具有：

高能量密度

鈣鈦礦電池的能量密度高達250Wh/kg，是目前市場上商用電池中最高的。因此，在同樣大小的電池體積下，可以存儲更多的電能。

高理論效率

單層理論效率達33%，雙層可達45%以上，具有比晶硅更高的提升空間

可期的低成本優勢

鈣鈦礦電池原材料均為基礎化工材料，由人工合成，且不含有稀有元素，相比于晶硅電池的硅料來說廉價易得。除原材料不受限，制備工藝較短。

應用前景廣闊

在電站端，鈣鈦礦電池憑借弱光性以及顏色可定制的特點，滿足了長時間發電、透光度以及美觀性等市場需求，在BIPV和幕墻、陽光房等領域也擁有廣闊的市場空間。

當然沒有一種材料是完美的，鈣鈦礦也不例外。盡管存在頗多的優勢，但作為一種尚未脫離實驗室階段的材料，例如：晶體結構不穩定，熱穩定性差，大面積制備難度大等等，這些缺陷嚴重限制了其投入工業生產的能力。

為了研究鈣鈦礦的電化學性質，提升鈣鈦礦的優勢并且降低相應的需要對其進行電化學表征。電化學表征方法主要有以下幾種：

1循環伏安法

循環伏安法是一種用于測量電極反應動力學的電化學技術，它可以獲取電極的電流 - 電壓曲線，并從中分析出電極的氧化還原峰、電容、極化性等參數。循環伏安法可以用于研究鈣鈦礦的電荷傳輸行為、電極薄膜的質量和穩定性等。

2電化學阻抗譜法

電化學阻抗譜法是一種用于測量電極界面的復雜電阻的電化學技術，它可以獲取電極的阻抗 - 頻率曲線，并從中分析出電極的電荷轉移阻抗、雙電層電容、電解質阻抗等參數。電化學阻抗譜法可以用于研究鈣鈦礦的電荷注入和抽取過程、電極 - 電解質界面的電子和離子交換機制等。

3光電化學方法

光電化學方法是一種用于測量光敏電極的光電轉換效率的電化學技術，它可以獲取電極的光電流 - 電壓曲線、光電流 - 光強度曲線、光電流 - 波長曲線等，并從中分析出電極的開路電壓、短路電流、填充因子、能量轉換效率等參數。光電化學方法可以用于研究鈣鈦礦的光吸收特性、光生載流子的壽命和遷移速度、光電極的優化設計等。

Keithley

Keithley的2450系列源表是業內公認的利用循環伏安法分析材料和器件的測試方案。4200A半導體參數分析儀更多用于鈣鈦礦電池深能級缺陷表征和測試。

Keithley源測量單元（SMU）是一種多功能儀器，可以提供電流或電壓源，并同時測量電流和電壓。它們在測試太陽能電池的J-V曲線方面具有多種優勢，例如：

高精度和高分辨率

Keithley SMU可以測量fA至A范圍內的電流和μV至kV范圍內的電壓，具有高精度和穩定性。

四象限操作

Keithley的源表可以在電流 - 電壓平面的所有四個象限中工作，這意味著它們可以充當電流和電壓的源或灌電流。能夠模擬不同的負載條件，并測試太陽能電池在各種照明和溫度場景下的性能。

掃描和脈沖模式

Keithley的源表可以對電流或電壓執行線性、對數或自定義掃描，并測量相應的電壓或電流。它們還可以生成和測量電流或電壓的脈沖波形，具有可編程的寬度和占空比。這些模式可以表征太陽能電池參數，例如短路電流、開路電壓、填充因子、最大功率點、串聯和并聯電阻、電容和遲滯。

遙感

Keithley的源表可以使用四線連接來消除引線電阻的影響，并確保準確測量太陽能電池端子上的電壓。

數據記錄和分析

Keithley的源表可以在圖形用戶界面上存儲和顯示測量數據，或將其導出到計算機進行進一步分析。他們還可以對數據進行計算和統計，并生成報告和繪圖。

舉例

使用Keithley 2450記錄空間電荷限制電流（SCLC）

在低電壓時IV呈現線性關系，2450最小測量nA量級電流，準確穩定的表征低壓線性關系；再高壓時IV呈現二次方關系。為了使得更高分辨率描述平方關系，電壓掃描可以設置為對數關系，可以更精確的刻畫電流快速變化率。

配合光源模擬器，使用Keithley 2602B對鈣鈦礦電池進行測試J-V曲線

或者使用Keithley 2400系列原標進行J-V曲線測試

通過該曲線可以表征鈣鈦礦電池的開路電壓、短路電流、最大功率點MPP以及QE等重要參數。

驅動級電容分析（DLCP）是一種確定缺陷密度（NDL）作為光伏電池深度函數的技術。在DLCP測量期間，施加的變化的交流電壓信號，而直流電壓隨電容的變化而變化。這與傳統的C-V形成對比，其中交流電壓是固定的，直流電壓是掃描變化的。

在DLCP中，直流電壓自動調節以保持總施加電壓（交流+直流）恒定，而進行交流電壓掃描。通過保持恒定的總偏置，材料內部暴露的電荷密度(e)保持恒定，最高可達一個固定的位置 (xe)，定義為EF-Ev=Ee到界面的距離。這也與傳統的C-V分析相反，后者的分析假設唯一的電荷密度變化發生在耗盡區的末端。

因此，在DLCP中，可以通過調整直流電壓對樣品的偏置來改變位置 (xe)。這也允許確定缺陷密度作為距離的函數，或特殊的輪廓。測量的測試頻率和溫度也可以改變，以顯示與能量相關的輪廓。

4200A內置的鈣鈦礦電池DLCP測試允許進行C-V測量驅動電平電容剖析。交流幅度可在10~100mVrms（14.14mV~141.4mV-p）范圍內調節。頻率范圍也可以從1khz到10mhz進行設置。

通常CV和DLCP兩種測試方法都會使用，表征的參數有一定的區別，具體如下：

■DLCP：如果您的研究目標是深入了解材料內部的陷阱態分布、深層缺陷或頻率依賴的電荷動態。

■CV：如果您的研究目標是快速獲取材料的表面/界面電學特性、摻雜分布或耗盡層寬度。

Keithley產品在鈣鈦礦光伏電池領域的優勢體現在其高精度、高效率、自動化、穩定性測試能力和靈活的測試方案上。這些特點使得Keithley的儀器在科研、開發和質量控制過程中，能夠提供精確的測量和有效的數據管理，從而推動鈣鈦礦光伏電池技術的進步和商業化應用。

高精度電流電壓測量

Keithley的Source Measure Units（SMUs）如2400系列和2600系列能夠進行高精度的電流 - 電壓（I-V）測量。這對于準確評估鈣鈦礦光伏電池的性能，如開路電壓（Voc）、短路電流 （Isc），PE等，至關重要。

低電流測量能力

這些儀器具備在極低電流（皮安級）下的測量能力，能夠精確檢測暗態電流和漏電流，幫助研究鈣鈦礦電池的暗電流特性和漏電流。

快速I-V掃描

支持自動化I-V掃描，能夠以高速度和高分辨率獲取電池的I-V曲線。快速測試有助于減少環境因素的影響，提高實驗效率。

多通道測量

可以同時測量多個樣品，有效提高測試效率和產能。例如，Keithley 4200A-SCS支持多通道測量，有助于高通量篩選和測試。

可靠的壽命和穩定性測試

支持長時間、穩定的性能測試，幫助評估鈣鈦礦光伏電池的長期穩定性和降解行為。這對于研究電池的耐久性和穩定性非常重要。

兼容外部設備

Keithley產品可以與外部光源和溫度控制設備無縫集成，進行光照下的電流 - 電壓特性分析，模擬實際工作條件下的電池性能。

瞬態光伏響應

支持瞬態光伏響應測試，有助于研究鈣鈦礦光伏電池的動態行為和響應特性。

環境控制

結合Keithley系列產品與環境控制設備，可以在不同的溫度和濕度條件下進行測試，模擬實際工作環境。