Name: La recombinación Dinámica de capa fina en materiales fotovoltaicos a través de conductividad de microondas resuelta en el tiempo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 30 s
Description: Aprende a medir la recombinación de portadores de carga en materiales fotovoltaicos de capa fina mediante la técnica TRMC sin contacto eléctrico. Este método permite distinguir entre recombinación directa y mediada por trampas en perovskitas.

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Se hace un reconocimiento al Consejo Australiano de Investigación (LE130100146, DP160103008). JAG cuenta con el apoyo de un Premio de Posgrado Australiano y DRM por una beca ARC Future Fellowship (FT130100214). Agradecemos a Nikos Kopidakis por sus útiles discusiones.

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Aunque la técnica TRMC puede ofrecer una gran cantidad de información sobre la dinámica de los portadores de carga inducidos por la luz, esta constituye una medición indirecta de la conductividad, por lo que es necesario tener precaución al interpretar los resultados. La técnica TRMC mide la movilidad total, y no puede utilizarse para distinguir entre las movilidades de electrones y de huecos. La suposición fundamental de que la conductividad es proporcional al cambio en la potencia reflejada solo es válida cuando dicho ...

Flash fotólisis conductividad de microondas resuelta en el tiempo (FP-TRMC) monitorea la dinámica de los portadores de carga foto-excitada en la escala de tiempo ns-mu s, lo que lo convierte en una herramienta ideal para la investigación de los procesos de recombinación de portadores de carga. La comprensión de los mecanismos de desintegración de los portadores de carga foto-inducida en los semiconductores de película delgada es de importancia clave en una variedad de aplicaciones, incluyendo la optimización del dispositivo fotovoltaico. Los tiempos de vida de soporte inducidos son a menudo las funciones de densidad inducida portadora, onda de excitación, la movilidad, la densidad de trampas y la tasa de atrapar. En este trabajo se demuestra la versatilidad de la técnica de resolución temporal Microondas Conductividad (TRMC) para la investigación de una amplia gama de dependencias portadoras dinámicas (intensidad, longitud de onda, frecuencia de microondas) y sus interpretaciones. cargos fotogenerada puede modificar tanto a la real y la parte imaginaria de la constante dieléctrica de un material, en función de su movilidad y degre<html> e de confinamiento / localización 1. La conductividad de un material <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq1.jpg" /> es proporcional a su constante dieléctrica compleja <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq2.jpg" /> dónde <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq3.jpg" /> es la frecuencia de un campo eléctrico de microondas, <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq4.jpg" /> y <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq5.jpg" /> son las partes real e imaginaria de la constante dieléctrica. Por lo tanto, la parte real de la conductividad está relacionado con la parte imaginaria de la constante dieléctrica, y se puede corresponder con absorción de microondas, mientras que la parte imaginaria de la conductividad (en adelante denominada polarización) está relacionado con un cambio en la frecuencia de resonancia del campo de microondas 1. t &quot;&gt; TRMC ofrece varias ventajas sobre otras técnicas. Por ejemplo, las mediciones de fotoconductividad DC sufren de una gama de complicaciones derivadas de contacto el material con electrodos. recombinación mejorada en la interfaz electrodo / material, de nuevo la inyección de cargas a través de esta interfaz, así como una mayor disociación de excitones y pares geminadas debido a la tensión aplicada 2 todos conducen a distorsiones en las movilidades y tiempos de vida del portador medidos. por el contrario, TRMC es una técnica sin electrodos que mide la movilidad intrínseca de los portadores sin distorsiones debidas a la transferencia de carga a través de los contactos . Una ventaja significativa de la utilización de potencia de microondas como una sonda para la dinámica de soporte es que, así como el seguimiento de los tiempos de vida de desintegración de los portadores de carga, los mecanismos de descomposición / vías pueden también ser investigadas. TRMC se puede utilizar para determinar el total de vida de movilidad 3 y4 tiempo de portadores de carga inducidas. Estos parámetros posteriormente se pueden utilizar para distinguir entre los mecanismos de recombinación directos y trampa mediada 3, 5. La dependencia de estas dos vías de desintegración distintos puede analizarse cuantitativamente como una función de densidad de portadores 3, 5 y la energía de excitación / longitud de onda 5. La localización / confinamiento de portadores inducidos puede ser investigado mediante la comparación de la decadencia de la conductividad vs polarizabilidad 5 (imaginario vs parte real de la constante dieléctrica). Además, y quizás más importante, TRMC se puede utilizar para caracterizar estados trampa que actúan como vías de desintegración de portadores de carga. Trampas de superficie, por ejemplo, se pueden distinguir de las trampas a granel mediante la comparación de pasivado vs muestras no pasivada 6. estados sub-banda prohibida puedeser investigado directamente utilizando energías de excitación sub-banda prohibida 5. Las densidades de trampas se pueden deducir mediante el ajuste de los datos TRMC 7. Debido a la versatilidad de esta técnica, TRMC se ha aplicado para estudiar una amplia gama de materiales que incluyen: los semiconductores tradicionales de película delgada tales como el silicio 6, 8 y TiO 2 9, 10, las nanopartículas 11, los nanotubos de 1, semiconductores orgánicos 12, mezclas de materiales 13, 14, y fotovoltaicos híbrido materiales 3, 4, 5. Con el fin de obtener información cuantitativa usando TRMC, es fundamental ser capaces de determinar con precisión el númerode fotones absorbidos para una excitación óptica dado. Dado que los métodos para cuantificar la absorción de películas delgadas, nanopartículas, soluciones y muestras opacas son diferentes, las técnicas de preparación de muestras y calibración que aquí se presentan están diseñados específicamente para las muestras de película delgada. Sin embargo, el protocolo de medición TRMC presentada es muy general.

<table><tbody><tr><td>Detergente Hellmanex III</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/z805939?lang=en&region=AU</td><td>Z805939</td><td>Corrosivo y tóxico. Consulte SDS.</td></tr><tr><td>Yoduro de plomo (II) (99%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/211168?lang=en&region=AU</td><td>211168</td><td>Tóxico. Consulte SDS.</td></tr><tr><td>Dimetilformamida anhidra (99,8%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/227056?lang=en&region=AU</td><td>227056</td><td>tóxico. Consulte SDS.</td></tr><tr><td>Dimetilsulfóxido anhidro (99,9%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/276855?lang=en&region=AU</td><td>276855</td><td>tóxico. Consulte SDS.</td></tr><tr><td>2-Propanol anhidro (99,5%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/278475?lang=en&region=AU&gclid= COnlgPaw780CFQZvvAod17EA4Q</td><td>278475</td><td></td></tr><tr><td>Yoduro de metilamonio</td><td>Dyesol www.dyesol.com/products/dsc-materials/perovskite-precursors/methylammonium-iodide.html</td><td>MS101000</td><td>También vendido por Sigma Aldrich Poli</td></tr><tr><td>(metacrilato de metilo)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>445746</td><td></td></tr><tr><td>Clorobenceno anhidro (99,8%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/445746?lang=en&region=AU</td><td>284513</td><td>tóxico. Consulte SDS.</td></tr><tr><td>Equipment</td><td>Company</td><td>Model</td><td>Comentarios/Descripción</td></tr><tr><td>Espectrofotómetro UV-VIS-NIR</td><td>Perkin-Elmer&nbsp;</td><td>Lambda 900</td><td></td></tr><tr><td>Perfilómetro</td><td>Veeco</td><td>Dektak 150</td><td></td></tr><tr><td>Analizador de redes vectorial Keysight</td><td> www.keysight.com/en/pdx-x201927-pn-N9918A/fieldfox-handheld-microwave-analyzer-265-ghz?cc=US&lc=eng</td><td>Fieldfox N9918A</td><td></td></tr><tr><td>Láser de longitud de onda sintonizable</td><td>Opotek www.opotek.com/product/opolette-355</td><td>Opolette 355</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de densidad neutra</td><td>Thorlabs www.thorlabs.hk/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3193</td><td>NUK01</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de potencia</td><td>Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=PM100D</td><td>PM100D</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de potencia</td><td>Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=S401C</td><td>S401C</td><td></td></tr><tr><td>Cavity</td><td>Hecho a medida</td><td></td><td>La cavidad utilizada para este experimento fue diseñada y construida internamente.</td></tr></tbody></table>

la recombinación dinámica de capa fina en materiales fotovoltaicos a través de conductividad de microondas resuelta en el tiempo

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

Se presenta un método para la investigación de dinámica de recombinación de portadores de carga foto-inducida en semiconductores de película fina, específicamente en materiales fotovoltaicos tales como perovskitas de haluro de organo-plomo. El espesor de la película de perovskita y coeficiente de absorción se caracterizan inicialmente por perfilometría y espectroscopia de absorción UV-VIS. Calibración de tanto la potencia del láser y de la cavidad sensibilidad se describe en detalle. Un protocolo para la realización de experimentos de flash fotólisis de resolución temporal de la conductividad de microondas (TRMC), un método sin contacto de la determinación de la conductividad de un material, se presenta. se da un procedimiento para la identificación de los componentes real e imaginaria de la compleja conductividad mediante la realización de TRMC como una función de frecuencia de microondas. la dinámica de portadores de carga se determinan bajo diferentes regímenes de excitación (incluidos la energía y longitud de onda). Las técnicas para distinguir entre procesos de desintegración directos y atrapan mediada son presentados y discutidos.Los resultados se modelaron y se interpretan con referencia a un modelo cinético general de los portadores de carga fotoinducida en un semiconductor. Las técnicas descritas son aplicables a una amplia gama de materiales optoelectrónicos, incluyendo materiales fotovoltaicos orgánicos e inorgánicos, nanopartículas, y la realización de / semiconductor películas delgadas.

Los resultados representativos presentados aquí se obtuvieron a partir de una muestra de película delgada de CH3NH3PbI3 de 250 nm.
La dinámica de la conductividad <img alt='Fórmula de equilibrio estático "σ(t)" símbolo de tensión en función del tiempo.' src="/files/ftp_upload/55232/55232eq54.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Ecuación"> puede relacionarse con la dinámica de los port...

Aquí se presenta una técnica de conductividad de microondas resuelta en el tiempo para investigar la dinámica de recombinación directa y mediada por trampas y determinar las movilidades portadoras de semiconductores de película delgada.

La recombinación Dinámica de capa fina en materiales fotovoltaicos a través de conductividad de microondas resuelta en el tiempo

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...

El objetivo general de este experimento consiste en utilizar la potencia de microondas reflejada para medir la dinámica de recombinación de portadores de carga inducidos por la luz en materiales fotovoltaicos de capa delgada. Este método resulta útil en el campo de la fotovoltaica porque mide la descomposición de portadores de carga inducidos por la luz mediante estados de trampa y procesos de recombinación de banda a banda. La principal ventaja de esta técnica es que no requiere contactos eléctricos con la muestra.Esto significa que los tiempos de vida medidos y las conductividades no se ven distorsionados por la presencia de cátodos. Primero, reúna algunos de los elementos necesarios para realizar las mediciones, incluyendo una muestra preparada para medición. Esta muestra de perovskita en película delgada ha sido caracterizada y se han seleccionado sus longitudes de onda de interés.Además de la muestra, tenga listos una cavidad de microondas, un analizador de red y un láser. La muestra se montará en esta cavidad de microondas personalizada, que está hecha de cuatro placas de un cuarto de onda atornilladas entre sí. Una abertura acopla microondas a la cavidad, y un puerto de fibr

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