Name: Dynamics רקומבינציה ב חומרים פוטו סרט דק באמצעות מוליכות מיקרוגל זמן נפתרה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 30 s
Description: למדו לבצע מדידות TRMC לניתוח דינמיקת רקומבינציה של נושאי מטען בחומרים פוטו-וולטאיים דקי-סרט כמו פרובסקיטים. שיטה זו מאפשרת הפרדה בין תהליכי רקומבינציה ישירים למתווכי מלכודות ללא מגעים חשמליים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

ההכרה נעשית למועצת המחקר האוסטרלית (LE130100146, DP160103008). JAG נתמך באמצעות פרס אוסטרלי לתואר שני, ו-DRM על ידי מלגת ARC Future (FT130100214). אנו מודים לניקוס קופידאקיס על הדיונים המועילים.

<ol><li>Park, J., Reid, O. G., Blackburn, J. L., Rumbles, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoinduced+spontaneous+free-carrier+generation+in+semiconducting+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Comm%22%5BJournal%5D)">Photoinduced spontaneous free-carrier generation in semiconducting single-walled carbon nanotubes.</a> Nat. Comm. 6 (8809), (2015).</li>
<li>Dicker, G., de Haas, M. P., Siebbeles, L. D., Warman, J. M. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.70.045203">Electrodeless time-resolved microwave conductivity study of charge-carrier photogeneration in regioregular poly (3-hexylthiophene) thin films.</a> Phys. Rev. B. 70 (4), 045203(2004).</li>
<li>Oga, H., Saeki, A., Ogomi, Y., Hayase, S., Seki, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+understanding+of+the+electronic+and+energetic+landscapes+of+perovskite+solar+cells%3A+high+local+charge+carrier+mobility%2C+reduced+recombination%2C+and+extremely+shallow+traps%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Improved understanding of the electronic and energetic landscapes of perovskite solar cells: high local charge carrier mobility, reduced recombination, and extremely shallow traps.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (39), 13818-13825 (2014).</li>
<li>Ponseca, C. S. Jr, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organometal+halide+perovskite+solar+cell+materials+rationalized%3A+ultrafast+charge+generation%2C+high+and+microsecond-long+balanced+mobilities%2C+and+slow+recombination%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Organometal halide perovskite solar cell materials rationalized: ultrafast charge generation, high and microsecond-long balanced mobilities, and slow recombination.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (14), 5189-5192 (2014).</li>
<li>Guse, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+dependence+of+direct+and+trap-mediated+recombination+processes+in+lead+halide+perovskites+using+time+resolved+microwave+conductivity%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Spectral dependence of direct and trap-mediated recombination processes in lead halide perovskites using time resolved microwave conductivity.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 12043-12049 (2016).</li>
<li>Kunst, M., Abdallah, O., Wünsch, F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024801001817">Passivation of silicon by silicon nitride films.</a> Solar energy materials and solar cells. 72 (1-4), 335-341 (2002).</li>
<li>Hutter, E. M., Eperon, G. E., Stranks, S. D., Savenije, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charge+Carriers+in+Planar+and+Meso-Structured+Organic-Inorganic+Perovskites%3A+Mobilities%2C+Lifetimes+and+Concentrations+of+Trap+States%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+Lett%22%5BJournal%5D)">Charge Carriers in Planar and Meso-Structured Organic-Inorganic Perovskites: Mobilities, Lifetimes and Concentrations of Trap States.</a> J. Phys. Chem. Lett. 6 (15), 3082-3090 (2015).</li>
<li>Cosme, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024814005509">Lifetime assessment in crystalline silicon: From nanopatterned wafer to ultra-thin crystalline films for solar cells.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 135, 93-98 (2015).</li>
<li>Katoh, R., Furube, A., Yamanaka, K. I., Morikawa, T. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz1011548">Charge separation and trapping in N-doped TiO2 photocatalysts: A time-resolved microwave conductivity study.</a> J. Phys. Chem. Lett. 1 (22), 3261-3265 (2010).</li>
<li>Colbeau-Justin, C., Valenzuela, M. A. <a target="_blank" href="http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57027860002">Time-resolved microwave conductivity (TRMC) a useful characterization tool for charge carrier transfer in photocatalysis: a short review.</a> Revista mexicana de física. 59 (3), 191-200 (2013).</li>
<li>Luna, A. L., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/297442043_Synergetic_Effect_of_Ni_and_Au_Nanoparticles_Synthesized_on_Titania_Particles_for_Efficient_Photocatalytic_Hydrogen_Production">Synergetic effect of Ni and Au nanoparticles synthesized on titania particles for efficient photocatalytic hydrogen production.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 191, 18-28 (2016).</li>
<li>Ferguson, A. J., Kopidakis, N., Shaheen, S. E., Rumbles, G. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp7113412">Quenching of excitons by holes in poly (3-hexylthiophene) films.</a> J. Phys. Chem. C. 112 (26), 9865-9871 (2008).</li>
<li>Ferguson, A. J., Kopidakis, N., Shaheen, S. E., Rumbles, G. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp208014v">Dark carriers, trapping, and activation control of carrier recombination in neat P3HT and P3HT: PCBM blends.</a> J. Phys. Chem. C. 115 (46), 23134-23148 (2011).</li>
<li>Savenije, T. J., Ferguson, A. J., Kopidakis, N., Rumbles, G. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp406706u">Revealing the Dynamics of Charge Carriers in Polymer:fullerene Blends Using Photoinduced Time-Resolved Microwave Conductivity.</a> J. Phys. Chem. C. 117 (46), 24085-24103 (2013).</li>
<li>Xiao, Z., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ee/c4ee01138d">Efficient, high yield perovskite photovoltaic devices grown by interdiffusion of solution-processed precursor stacking layers.</a> Energy Environ. Sci. 7 (8), 2619-2623 (2014).</li>
<li>Infelta, P. P., De Haas, M. P., Warman, J. M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0146572477900449">The study of the transient conductivity of pulse irradiated dielectric liquids on a nanosecond timescale using microwaves.</a> Radiat. Phys. Chem. 10 (5-6), 353-365 (1977).</li>
<li>Saeki, A., Seki, S., Sunagawa, T., Ushida, K., Tagawa, S. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786430500380159">Charge-carrier dynamics in polythiophene films studied by in-situ measurement of flash-photolysis time-resolved microwave conductivity (FP-TRMC) and transient optical spectroscopy (TOS).</a> Philosophical Magazine. 86 (9), 1261-1276 (2006).</li>
<li>Choi, W., Miyakai, T., Sakurai, T., Saeki, A., Yokoyama, M., Seki, S. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4891052">Non-contact, non-destructive, quantitative probing of interfacial trap sites for charge carrier transport at semiconductor-insulator boundary.</a> Appl. Phys. Lett. 105 (3), 033302(2014).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

בעוד טכניקת TRMC יכול להציע שפע של מידע על הדינמיקה ומושרי נושאי מטען, זה מהווה מדד עקיף של מוליכות, ולכן אכפת, צריך לקחת אותו כאשר פירוש התוצאות. טכניקת TRMC מודדת ניידות מוחלטת, ולא ניתן להשתמש בו כדי להבחין בין mobilities אלקטרוני החור. הנחת היסוד כי מוליכות היא מידתית לשנות בשלטון משתקף מחזיקה רק כאשר השינוי הוא קטן (&lt;5%) 16. יתר על כן, אם שינוי תדר תהודה במהלך הריקבון הוא גדול, אז בסך הכל (מורכבות) המוליכות תצטרכנה להיות מפורקות למרכיבים אמיתיים ומד...

מוליכות מיקרוגל פלאש-photolysis זמן נפתרה (FP-TRMC) מפקחת הדינמיקה של נושאי מטען צילום נרגש בסולם הזמנים NS-מיקרו-שניות, מה שהופך אותו לכלי אידיאלי עבור חוקרת תהליכים רקומבינציה נושאי מטען. הבנת מנגנוני הדעיכה של נושאי מטען נגרם צילום במוליכים למחצה סרט דקים היא בעל חשיבות עליונה במגוון של יישומים, כוללים אופטימיזציה מכשיר פוטו. עוד בימי חייהם המובילים המושרים הם בדרך כלל פונקציות של צפיפות ספק מושרה, גל עירור, ניידות, צפיפות מלכודת וקצב השמנה. מסמך זה מדגים את הרבגוניות של מוליכות מיקרוגל זמן לפתור הטכניקה (TRMC) על חקירת מגוון רחב של תלות דינמית מובילה (עצמה, אורך גל, תדירות מיקרוגל) והבהרות להם. חיובי Photogenerated יכולים לשנות הן האמיתי ואת החלקים הדמיוניים של הקבוע הדיאלקטרי של חומר, תלוי ניידות degre שלהם<html> דואר כליאה / לוקליזציה 1. המוליכות של חומר <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq1.jpg" /> הוא יחסי קבוע דיאלקטרי המורכב שלה <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq2.jpg" /> איפה <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq3.jpg" /> התדירות היא של שדה חשמלי ומיקרוגל, <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq4.jpg" /> ו <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq5.jpg" /> הם החלקים הממשי והמדומה של הקבוע הדיאלקטרי. לכן, החלק האמיתי של המוליכות קשור חלק המדומה של קבוע דיאלקטרי, והוא יכול להיות ממופה על קליטת מיקרוגל, ואילו החלק המדומה של המוליכות (שייקרא להלן קיטוב) קשור שינוי תדר התהודה של שדה המיקרוגל 1. t &quot;&gt; TRMC מציעה מספר יתרונות על פני שיטות אחרות. למשל, DC מדידות photoconductivity סובלים ממגוון של סיבוכים הנובעים פנייה החומר עם אלקטרודות. רקומבינציה משופרת בממשק אלקטרודה / חומר, חזרה הזרקת חיובים באמצעות ממשק זה, כמו גם כמו ניתוק של אקסיטונים ו לְהַכפִּיל זוגות משופר בשל המתח הוחל 2 כל אלה מובילים עיוותי mobilities הספק נמדד הגלגולים. לעומת זאת, TRMC היא טכניקת electrodeless המודדת את הניידות הפנימית של הספקים ללא עיוותים בשל לחייב העברה פני קשר . יתרון משמעותי של שימוש בכוח המיקרוגל כמו בדיקה עבור דינמיקה מובילה הוא כי, כמו גם פיקוח על גלגולי חי הריקבון של נושאי מטען, מנגנוני ריקבון / מסלולים יכולים להיחקר גם. TRMC ניתן להשתמש כדי לקבוע את החיים ניידים 3 והמוחלטיםזמן 4 של נושאי מטען מושרים. פרמטרים אלה יכולים לשמש מאוחר יותר להבחין בין מנגנוני רקומבינציה הישירים בתיווך מלכוד 3, 5. התלות של שני אלה מסלולי ריקבון נפרדים ניתן לנתח באופן כמוני כפונקציה של צפיפות ספק 3, 5 ו עירור אנרגיה / גל 5. הלוקליזציה / הכליאה של ספקים מושרים יכולה להיחקר על ידי השוואת הדעיכה של מוליכות vs polarizability 5 (דמיונית לעומת חלק אמיתי של קבוע דיאלקטרי). בנוסף, ואולי הכי חשוב, TRMC יכול לשמש כדי לאפיין מדינות מלכודות אשר פועלות מסלולי ריקבון נושאי מטען. מלכודות Surface, למשל, ניתן להבחין בין מלכודות בתפזורת על ידי השוואת פסיבציה vs דגימות unpassivated 6. יכול מדינות תת-bandgapלהיחקר ישירות באמצעות אנרגיות עירור תת-bandgap 5. צפיפויות מלכודת ניתן להסיק על ידי התאמת נתוני TRMC 7. בשל צדדיות של הטכניקה הזו, TRMC יושם ללמוד מגוון רחב של חומרים כולל: מוליכים למחצה סרט דק מסורתיים כגון סיליקון 6, 8 ו Tio 2 9, 10, חלקיקים 11, צינורות 1, 12 מוליכים למחצה אורגניים, תערובות חומר 13, 14, ו פוטו ההיברידית חומרים 3, 4, 5. על מנת לקבל מידע כמותי באמצעות TRMC, חשוב להיות מסוגל לקבוע את מספר מדויקשנקלט פוטונים עבור עירור אופטי נתון. מאז שיטות לכימות קליטה של ​​שכבות דקות, חלקיקים, פתרונות ודוגמאות אטומות שונות, טכניקות ההכנה וכיול המדגם המוצגות כאן נועדו במיוחד עבור דגימות סרט דקות. עם זאת, פרוטוקול המדידה TRMC המוצג הינו כללי מאוד.

<table><tbody><tr><td>חומר ניקוי Hellmanex III</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/z805939?lang=en&region=AU</td><td>Z805939</td><td>מאכל ורעיל. ראה SDS.</td></tr><tr><td>עופרת (II) יודיד (99%)</td><td>סיגמא אולדריץ' www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/211168?lang=en&region=AU</td><td>211168</td><td>רעיל. ראה SDS.</td></tr><tr><td>דימתילפורממיד נטול מים (99.8%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/227056?lang=en&region=AU</td><td>227056</td><td>רעיל. ראה SDS.</td></tr><tr><td>דימתיל-סולפוקסיד נטול מים (99.9%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/276855?lang=en&region=AU</td><td>276855</td><td>רעיל. ראה SDS.</td></tr><tr><td>נטול מים 2-פרופנול (99.5%)</td><td>סיגמא אולדריץ' www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/278475?lang=en&region=AU&gclid= COnlgPaw780CFQZvvAod17EA4Q</td><td>278475</td><td></td></tr><tr><td>מתילאמוניום יודיד</td><td>Dyesol www.dyesol.com/products/dsc-materials/perovskite-precursors/methylammonium-iodide.html</td><td>MS101000</td><td>נמכר גם על ידי Sigma Aldrich</td></tr><tr><td>Poly (מתיל מתקרילט)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>445746</td><td></td></tr><tr><td>כלורובנזן נטול מים (99.8%)</td><td>סיגמא אולדריץ' www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/445746?lang=en&region=AU</td><td>284513</td><td>רעיל. ראה SDS.</td></tr><tr><td><חזק>ציוד</חזק></td><td><חזק>חברה</חזק></td><td><חזק>דגם</חזק></td><td><חזק>הערות/תיאור</חזק></td></tr><tr><td>UV-VIS-NIR ספקטרופוטומטר</td><td>פרקין-אלמר&nbsp;</td><td>Lambda 900</td><td></td></tr><tr><td>Profilometer</td><td>Veeco</td><td>Dektak 150</td><td></td></tr><tr><td>מנתח רשת וקטורית</td><td>Keysight 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>לייזר באורך גל מתכוונן</td><td>Opotek www.opotek.com/product/opolette-355</td><td>Opolette 355</td><td></td></tr><tr><td>מסנני צפיפות ניטרלית</td><td>Thorlabs www.thorlabs.hk/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3193</td><td>NUK01</td><td></td></tr><tr><td>מד כוח</td><td>Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=PM100D</td><td>PM100D</td><td></td></tr><tr><td>חיישן כוח</td><td>Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=S401C</td><td>S401C</td><td></td></tr><tr><td>חלל</td><td>נבנה</td><td></td> <td>בהתאמה אישיתהחלל ששימש לניסוי זה תוכנן ונבנה בבית.</td></tr></tbody></table>

dynamics רקומבינציה ב חומרים פוטו סרט דק באמצעות מוליכות מיקרוגל זמן נפתרה

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

שיטה לחקירת דינמיקה רקומבינציה של נושאי מטען נגרם צילום במוליכים למחצה סרט דקים, במיוחד חומרים פוטו כגון perovskites הליד אורגן-עופרת מוצגת. עובי הסרט perovskite מקדם הקליטה בתחילה מאופיינים profilometry וספקטרוסקופיה הקליטה-VIS UV. כיול רגישות כוח ואת חלל הליזר הוא מתואר בפירוט. פרוטוקול לביצוע מוליכות מיקרוגל זמן נפתרה-photolysis פלאש (TRMC) ניסויים, שיטה ללא מגע קביעת המוליכות של חומר, מוצג. תהליך לזיהוי רכיבים אמיתיים ומדומים של מוליכות מורכבים על ידי ביצוע TRMC כפונקציה של תדר מיקרוגל הוא נתון. דינמיקת נושאי מטען נקבעת תחת משטרי עירור שונים (כולל הן כוח גל). טכניקות להבחנה בין תהליכי ריקבון ישירים בתיווך מלכודת מוצגות ודן.תוצאות הם מודל ופרשו תוך התייחסות למודל הקינטית כללי של נושאי מטען ומושרים במוליכים-למחצה. הטכניקות המתוארות החלות על מגוון רחב של חומרים אופטו, כוללים חומרים פוטו אורגניים ואי-אורגניים, חלקיקים, וניצוח / מוליכים למחצה סרטים דקים.

תוצאות נציג המוצגים כאן התקבלו ממדגם הסרט 250 ננומטר CH 3 NH 3 PBI 3 דק. הדינמיקה של המוליכות <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq54.jpg" /> יכול להיות קשור לדינמיקה של נושאי המטען <img alt="משוואה" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq55.jpg" /> בְּאֶמצָעוּת <p class="jove_content" fo:keep-toge...

טכניקת מוליכות מיקרוגל שנפתרה בזמן לחקירת דינמיקת רקומבינציה ישירה ומתווכת מלכודת וקביעת ניידות נשא של מוליכים-למחצה של סרט דק מוצגת כאן.

Dynamics רקומבינציה ב חומרים פוטו סרט דק באמצעות מוליכות מיקרוגל זמן נפתרה

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

המטרה הכללית של ניסוי זה היא להשתמש בהספק מיקרוגל מוחזר כדי למדוד את דינמיקת הרקומבינציה של נושאי מטען מושרים על ידי אור בחומרים פוטו-וולטאיים של שכבה דקה. שיטה זו מועילה בתחום הפוטו-וולטאיקה מכיוון שהיא מודדת דעיכה של נושאי מטען מושרי אור באמצעות מצבי מלכוד (trap states) ותהליכי רקומבינציה בין פסים (band-to-band). היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא אינה דורשת מגעים חשמאיים לדגימה.משמעות הדבר היא שזמני החיים והמוליכויות שנמדדו אינם מעוותים על ידי נוכחותן של קתודות. ראשית, אסוף חלק מהרכיבים הדרושים לביצוע המדידות, כולל דגימת מדידה מוכנה. דגימה זו של פרובסקיט בשכבה דקה אופיינה, ואורכי הגל הרלוונטיים עבורה נבחרו.בנוסף לדגימה, הכינו חלל מיקרוגל, מנתח רשת (network analyzer) ולייזר. הדגימה תותקן בחלל מיקרוגל מותאם זה, העשוי מארבעה רבע-גלי (quarter-wave plates) המהובקים זה לזה באמצעות ברגים. צמצם (iris) מצמיד גלי מיקרוגל אל תוך החלל, ופתח סיב אופטי בקצר המיקרוגל מאפשר גישה אופטית.מחזיק דגימות מטפלון מוחדר אל החלל. מפזר מבטיח שהאור הפוגע יהיה אחיד מבחינה מרחבית, בעוד שבורג כיוון משנה את מקדם האיכות של החלל. הלייזר ניתן לכיוון על פני אורכי גל מהטווח הנראה ועד לאינפרה-אדום.האלמנטים האופטיים הקטנים הנדרשים כוללים מפריד (coupler) המבוסס על מראה פראבולית מחוץ לציר ומסנני צפיפות ניטרלית. כאשר אורך הגל של הלייזר נמצא בערך הרצוי, כוון את קרנו אל המפריד המחוץ לציר. השתמש בכרטיס קרן כדי לבדוק את היישור אל מול הציר האופטי של המראה.הכתם צריך להיכנס למצמד בקירוב במרכזו. לאחר מכן, השג סיב אופטי שיצמד בסופו של דבר לחלל. חבר קצה אחד של הסיב למצמד הסיבים.חברו את הקצה השני לחששן הספק ומד. השתמשו בהספק לייזר נמוך והתחילו לנטר את הפלט של הסיב תוך כדי כיוון מחבר הסיב (fiber coupler). כווננו את זווית ההטיה של המחבר במטרה למקסם את הצימוד לסיב.המשיכו לעקוב אחר מד העוצמה ועצרו כאשר הוא רושם עוצמה מקסימלית. יש לבצע את כיוונוני זווית ההטיה במצמד באיטיות, תוך הקפדה שלא להזיז או להכות בדברים. שפרו את הצימוד על ידי הגדלה הדרגתית של עוצמת הלייזר וכיוון נוסף של כיוון המצמד.כדי לקבוע את מקדם אובדן החלל, השוו את הספק הלייזר היוצא מהסיב לספק הפגוע בדגימה. ראשית, הפעילו את הלייזר ומדדו את הספק הפלט דרך הסיב. לאחר מכן, השתמשו בחלל כדי למדוד את הספק במיקום הדגימה.מכיוון שהחלל מורכב מרבע-גלי, פרקו אותו כדי לגשת למיקום הדגימה. לאחר הפירוק, מקמו מסכה בגודל התושבת במיקום הדגימה, שבו השדה החשמלי הוא מקסימלי. מקמו חיישן הספק מאחורי המסכה כדי למדוד את ההספק במיקום הדגימה.כעת חברו את הסיב המצומד לחלל. מדדו את ההספק במיקום הדגימה עבור אורך הגל הנבחר. לאחר מכן, נתקו את הסיב, הסירו את חיישן ההספק ואת המסכה ממיקום הדגימה, והרכיבו מחדש את החלל כדי להכינו לשלבים הבאים.תושבת הדגימה תוכננה למרכז את הדגימה על החלל. הנח את הדגימה על תושבת הדגימה. ודא כי תושבת הדגימה מכוונת לכיוון פתח כניסת הלייזר.הכנס את מחזיק הדגימה אל תוך ההלוליה. כיול רגישות ההלוליה דורש מנתח רשת וסירקולטור. חבר את פורט 1 של מנתח הרשת לפורט כניסה 1 של הסירקולטור.חבר את יציאה שתיים של הצירקולטור למחבר המיקרוגל של החלל. כל קרינה שתחזור מהמדגם תצא מהצירקולטור ביציאה שלוש. חבר יציאה זו גם לנמל של מנתח הרשת.בשלב הבא, השתמש במנתח הרשת כדי לבצע מדידת S21 בעלת שני פתחים של ההספק המוחזר. מרכז מחדש את התצוגה בתדר התהודה של החלל הריק, שהוא כ-6.5 gigahertz עבור חלל זה. לאחר מכן, הגדר את מרווח התדרים של התצוגה ל-one gigahertz.אתר וסמן את תדר התהודה של החלל המועמס ומרכז אותו. לבסוף, בצע זום-אין (הגדלה) לפני הקלטת עקומת התהודה. כעת התחל בכיוון מקדם האיכות של החלל.כדי לבצע זאת, יש לכוונן את בורג הכיוונון של החלל (cavity). עקבו אחר עקומת התהודה כדי למקסם את מקדם האיכות. מקדם איכות אופטימלי הוא לרוב פשרה בין רזולוציית הזמן לבין דיוק המדידה.ניתן לחשב את מקדם הרגישות של התהודה מעקומת התהודה של התהודה המועמסת. השלב הבא הוא הגדרת מדידת מוליכות מיקרוגלים במצב רזולוציית זמן, או TRMC. כוונן את הלייזר לאחד מאורכי הגל הרלוונטיים והגדר את הספק הפלט למקסימום.בשלב הבא, השתמש בחשבסס כח (power sensor) כדי למדוד את הספק הלייזר המועבר דרך הסיב. הסר את הסיב מחשבסס הכוח, ולאחר מכן חבר את הסיב לכניסה האופטית של החלל (cavity). בקצה השני של החלל, מנתח הרשת והסירקולטור נשארים מחוברים כפי שבוצע בכיול רגישות החלל.האנלייזר נמצא כעת במצב זמני (transient mode) וסכמה זו מבהירה את התפקידים החדשים של פורטי נתח הרשת. פורט 1 הוא מקור המיקרוגל. פורט 2 הוא הגלאי.כניסת הלייזר אינה מופיעה בדיאגרמה, והמגבר שבדאגרמה מוטמע בתוך מנתח הרשת. תהדור חלופית נפוצה משתמשת בדיודה של מיקרוגל באוסצילוסקופ כגלאי. כעת עבוד עם מנתח הרשת.אפשרו זיהוי חולף (transient detection) על ידי הגדרת טווח התדרים (frequency span) של מנתח הרשת לאפס. הגדירו את תדר המדידה לתדר התהודה של החלל המעומס שנמדד קודם לכן. לאחר מכן, הגדירו את מקור המיקרוגלים.הגדירו את תדר מקור המיקרוגל לתדר המדידה, ואת הספק המוצא ל-0 dBm. לאחר מכן, הגדירו את הלייזר כך שיפעיל (trigger) את מנתח הרשת. חברו את יציאת הטריגר של הלייזר למנתח הרשת.הפעילו את הטריגר החיצוני ומצאו את היסט הטריגר (trigger offset) כדי ללכוד את עליית האות עם מספר מיקרו-שניות של אות רעש לפני פולס הלייזר. לבסוף, כווןנו את בסיס הזמן של האנלייזר כך שהזנב החולף יהיה ארוך משמעותית מהדעיכה הראשונית. רשמו את עקומת המוליכות במיקרוגלים בשינוי זמן (time-resolved microwave conductivity) שהתקבלה.ברגע שפרמטרים האופטימליים ידועים, השתמש בהם כדי להפוך את מדידות המוליכות במיקרוגלים ברזולוציית זמן (TRMC) לאוטומטיות. כדי לאסוף נתונים על המוליכות המורכבת, חזור על מדידה זו בתדרי מיקרוגלים שונים. בחר את סריקת התדרים על ידי סקירת עקומת התהודה של החלל ובחירת מספר תדרים המכסים את העקומה.השתמשו במנתח הרשת כדי להגדיר את תדר המדידה לתדר הראשון בסריקה. התאימו את תדר המקור לתדר המדידה. השתמשו בפרמטרי המדידה האופטימליים שנמצאו קודם לכן כדי לקבל עקומת TRMC.מטרנסיאנט זה כולל חיסור רקע. חזור על מדידה זו עבור כל תדר שנבחר. כדי לקבל נתוני TRMC התלויים בעוצמה, התחל בכיוון הלייזר לאורך הגל הרלוונטי בעוצמה מרבית.הוצא את הסיב מהחלל ומדוד את ההספק המועבר דרך הסיב. חבר מחדש את הסיב לחלל לפני ההמשך. התחל באיסוף נתונים אוטומטי על ידי הזנת הפרמטרים הניסויים.הפעל את הלייזר. השג ממוצע זמני על פני 1. 100 עקבות לפחות כדי להביא בחשבון וריאציות בעוצמת הלייזר בין יריות. לאחר מכן, כבה את הלייזר.הניחו מסנן בצפיפות ניטרלית (neutral-density filter) בין שני צמצמים במסלול הקרן לפני הפעלת הלייזר שוב. חזרו על שלבי המדידה עבור הגדרה זו עם מסנני צפיפות ניטרלית שונים. באופן אידיאלי, המדידות יתבצעו בטווח עוצמות המשתרע על פני שני סדרי גודל.גרף log-log זה מציג התאמה של נתוני מוליכות מיקרוגל בפתרון זמן באמצעות מודל קינטי שביצע קונבולוציה עם פונקציית תגובה גאוסיאנית של המכשיר. באמצעות התאמה זו, ניתן לקבוע את זמני החיים של נושאי המטען ואת צפיפויות המלכודות, ולאפיין תהליכי רקומבינציה ישירים ותהליכים המתווכים על ידי מלכודות. כל עקבה בגרף זה תואמת למוליכות חולפת בעוצמת עירור שבין 10¹² ל-10¹⁴ פרוטונים שנצפו לסנטימטר רבוע.העוצמות שונו באמצעות מסנני צפיפות ניטרלית (neutral-density filters). נתוני המוליכות החולפת מאפשרים לחלץ את התלות של ניידות הנושאי הכוללת בעוצמה. אורך גל העירור עבור נתונים אלה הוא 530 nanometers.עקומות אלו מייצגות פירוק של עקומת TRMC ותרומות מהרכיבים הממשיים והמדומיים של המוליכות. העקומות האדומות מציגות נתונים שנלקחו בתדר התהודה של חלל התהודה (cavity) ללא עומס.דעיכת הקיטוב מופיעה בכחול. זנב דעיכת הקיטוב בכחול קטן משמעותית מזה של המוליכות בירוק. נתון זה עולה בקנה אחד עם דעיכה באמצעות מצבי מלכודת מקומיים.לאחר רכישת מיומנות, ניתן לבצע כל מדידת TRMC בתוך מספר דקות. בעת ביצוע ניסויים אלו, חשוב לתעד במדויק את כל הגדרות הספק הלייזר, כולל ההספק שיוצא מהסיב, אורך הגל וכל מסנן צפיפות ניטרלית (neutral-density filter) שנעשה בו שימוש. ניתן להשתמש במדידות פוטולומיננסציה בעת רזולוציית זמן בשילוב עם מדידות TRMC כדי להפריד בין נתיבי הרקומינציה הישירה לבין תהליכי הרקומינציה המשולבים הנמדדים באמצעות TRMC.טכניקה זו סללה את הדרך לחקר תהליכי רקומבינציה של נושאי מטען במגוון רחב של חומרים מוליכים למחצה, כולל רגישנים פוטו-וולטאיים בשכבה דקה, ננו-צינוריות פחמן וננו-חלקיקי טיטניום דו-חמצני. יש לזכור כי עבודה עם לייזרים בעלי הספק גבוה עלולה להיות מסוכנת ביותר, ויש לנקוט תמיד באמצעי זהירות כגון בידוד קרן הלייזר וחבישת משקפי מגן מתאימים.

recombination-dynamics-thin-film-photovoltaic-materials-via-time

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

פוטו חומרים אורגניים (OPV) הם מטבע הומוגניות בקנה המידה ננומטרי. אי הומגניות ננומטרי של חומרי OPV משפיעים על ביצועים של התקני פוטו. במאמר זה, אנו מתארים פרוטוקול למדידות כמותיות של תכונות חשמליות ומכאניות של חומרי OPV עם רזולוצית ננומטר תת-100.

מוליכות כמותית במקביל ומדידת תכונות מכאנית של חומרים אורגניים באמצעות Photovoltaic AFM

הושגה התקדמות בשימוש ספין הד נפתרה פיזור שכיחות מרעה (SERGIS) כטכניקת פיזור נויטרונים כדי לחקור את קשקשי אורך בדגימות לא סדירות. גבישים של [6,6]-פניל-C61-חומצה בוטירית מתיל אסתר נבדקו בטכניקת SERGIS והתוצאות אושרו על ידי מיקרוסקופיה של כוח אופטי ואטומי.

באמצעות נויטרונים ספין הד נפתרה שכיחות מרעה פיזור לחקור חומרים אורגניים תאים סולאריים

מבנים מסודרים להציע מנגנונים חדשים לגיבוש bandgaps פוטוניים וחופש חסר תקדים בעיצובים פונקציונליים-פגם. כדי לעקוף את האתגרים חישובית של מערכות לא מסודרות, אנו בונים דגימות מקרוסקופית המודולרי של הסוג החדש של חומרי PBG ולהשתמש מיקרוגלים לאפיין תכונות פוטוניים קנה המידה בלתי משתנה שלהם, באופן קל ולא יקר.

שימוש במיקרוגל ודוגמאות מקרוסקופית של דיאלקטרי מוצקים לחקר מאפיינים פוטוניים של הפרעות חומרי bandgap פוטוניים

פח גופרתי (SnS) הוא חומר מועמד לתאים סולאריים שאינם רעילים בשפע בכדור הארץ. כאן, אנו מדגימים את הליך הייצור של התאים הסולאריים SnS המשתמשים בתצהיר שכבה אטומית, המניב יעילות המרת הספק מאושרת של 4.36%, ואידוי תרמי המניב 3.88%.

מה שהופך את התאים סולריים שיא יעילות SNS על ידי אידוי תרמי ואטומית שכבת הפקדת

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפברק תאים סולריים אורגני סרט דק באמצעות coater למות מיני חריץ ומאפייני מבנה אונליין הקשורים באמצעות טכניקות פיזור synchrotron.

ייצור הדפסת תאים סולריים heterojunction הגורף באתרו אפיון מורפולוגיה

ניתן לקבוע את התכונות האופטיות, החשמליות והמבניות של נקעים ושל גבולות גרגרים בחומרים מוליכים למחצה על ידי ניסויים המבוצעים במיקרוסקופ אלקטרונים סורק. מיקרוסקופ אלקטרונים שימש לחקירת קתודולומינסנציה, זרם המושרה על ידי קרן אלקטרונים ועקיפה של אלקטרונים מפוזרים לאחור.

אפיון מקיף של פגמים מורחבים סמיקונדקטור חומרים על ידי מיקרוסקופ סורק האלקטרוני

פרוטוקול למדידת מוליכות חשמלית של חיים חיידקים פתוגנים המועברים במזון תחת תנאים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית מוצג.

אפיון תחבורה אלקטרון דרך חיים Biofilms

כאן, אנו מציגים את הפרוטוקולים של ניתוחים דיפרנציאלית-זיהוי של זמן לפתור אינפרא-אדום הרטט ספקטרוסקופיה ו אלקטרון עקיפה המאפשרים אבחנת העיוותים של מבנים מקומיים סביב photoexcited מולקולות ב טורי גביש נוזלי, נותן מבט אטומית על הקשר בין המבנה את הדינמיקה של החומר photoactive.

טכניקות הרומן להתבוננות מבניים הדינמיקה של גביש נוזלי Photoresponsive

בתור אחד של פרמטרים פיזיים חשוב בתחום המוליכים למחצה, נושאת החיים נמדד בזאת באמצעות פרוטוקול כשנוקטים בשיטה קרינת מיקרוגל photoconductivity.

מדידות שלמים המוביל בתחום המוליכים למחצה דרך השיטה קרינת מיקרוגל Photoconductivity

התקנה עבור קרן רנטגן המושרה מדידות הנוכחי ב סינכרוטרון beamlines מתואר. הוא חושף את הביצועים ננו-סולם של תאים סולריים ומרחיב את החבילה של טכניקות עבור מיקרוסקופ רנטגן רב מודאלי. מחיווט כדי מיטוב אות לרעש, הוא מוצג כיצד לבצע מדידות המדינה-of-the-art-מיקרו-מיקרודיקה קשה רנטגן.

קרן רנטגן המושרה מדידות נוכחיות עבור מיקרוסקופית רנטגן רב-מודאליים של תאים סולאריים

למדו לבצע מדידות TRMC לניתוח דינמיקת רקומבינציה של נושאי מטען בחומרים פוטו-וולטאיים דקי-סרט כמו פרובסקיטים. שיטה זו מאפשרת הפרדה בין תהליכי רקומבינציה ישירים למתווכי מלכודות ללא מגעים חשמליים.

Dynamics רקומבינציה ב חומרים פוטו סרט דק באמצעות מוליכות מיקרוגל זמן נפתרה

גלה סרטונים נוספים