Name: La ricombinazione Dynamics nel fotovoltaici a film sottile Materiali tramite risolta nel tempo Microonde Conducibilità (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 30 s
Description: Scopri la dinamica di ricombinazione dei portatori di carica in materiali fotovoltaici a film sottile mediante la tecnica TRMC senza contatti. Questo metodo permette di distinguere tra ricombinazione diretta e mediata da trappole.

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Il riconoscimento viene fatto all'Australian Research Council (LE130100146, DP160103008). JAG è supportato da un Australian Postgraduate Award e DRM da una ARC Future Fellowship (FT130100214). Ringraziamo Nikos Kopidakis per le utili discussioni.

<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>
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<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>
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<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>
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<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>
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<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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Sebbene la tecnica TRMC possa fornire un'ampia quantità di informazioni sulla dinamica dei portatori di carica generati da fotoeccitazione, questa rappresenta una misura indiretta della conducibilità, pertanto è necessario prestare attenzione nell'interpretare i risultati. La tecnica TRMC misura la mobilità totale e non può essere utilizzata per distinguere tra la mobilità degli elettroni e quella delle lacune. L'assunzione fondamentale secondo cui la conducibilità è proporzionale alla variazione della potenza riflessa è...

risolta in tempo flash-fotolisi microonde conducibilità (FP-TRMC) controlla la dinamica di portatori di carica foto-eccitato su scala temporale ns-microsiemens, che lo rende uno strumento ideale per lo studio dei processi di ricombinazione dei portatori di carica. La comprensione dei meccanismi di decadimento di portatori di carica foto-indotta nei semiconduttori a film sottile è di fondamentale importanza in una vasta gamma di applicazioni, tra cui l&#39;ottimizzazione dispositivo fotovoltaico. I tempi di vita vettore indotte sono spesso funzioni di densità indotto vettore, la lunghezza d&#39;onda di eccitazione, la mobilità, la densità e la velocità trappola cattura. Questo documento dimostra la versatilità della tecnica risolta in tempo Microonde conducibilità (TRMC) per indagare una vasta gamma di dipendenze carrier dinamici (intensità, lunghezza d&#39;onda, frequenza microonde) e loro interpretazioni. oneri fotogenerata possono modificare sia reale e la parte immaginaria della costante dielettrica di un materiale, a seconda della loro mobilità e degre<html> e di confinamento / localizzazione 1. La conduttività di un materiale <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq1.jpg" /> è proporzionale alla sua costante dielettrica complessa <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq2.jpg" /> dove <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq3.jpg" /> è la frequenza di un campo elettrico microonde, <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq4.jpg" /> e <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq5.jpg" /> sono le parti reale e immaginaria della costante dielettrica. Così, la parte reale della conducibilità è legata alla parte immaginaria della costante dielettrica, e può essere mappato su assorbimento microonde, mentre la parte immaginaria della conducibilità (in seguito denominato polarizzazione) è collegato a un cambiamento nella frequenza di risonanza del campo di microonde 1. t &quot;&gt; TRMC offre diversi vantaggi rispetto ad altre tecniche. Ad esempio, le misurazioni fotoconduttività DC soffrono di una serie di complicazioni derivanti dal contatto del materiale con elettrodi. ricombinazione migliorata all&#39;interfaccia elettrodo / materiale, posteriore iniezione di cariche attraverso questa interfaccia, nonché come una maggiore dissociazione eccitoni e coppie geminate a causa della tensione applicata 2 tutti portare a distorsioni nei mobilità del vettore di misura e tempi di vita. al contrario, TRMC è una tecnica electrodeless che misura la mobilità intrinseca dei vettori, senza distorsioni dovute al trasferimento di carica tra i contatti . Un vantaggio significativo con le microonde come sonda per dinamiche portante è che, così come il monitoraggio delle vite di decadimento di portatori di carica, meccanismi di decadimento / percorsi possono essere esaminati. TRMC può essere utilizzato per determinare la durata totale di mobilità 3 etempo 4 di portatori di carica indotta. Questi parametri possono essere successivamente utilizzati per distinguere tra i meccanismi di ricombinazione diretti e trappola-mediata 3, 5. La dipendenza di questi due percorsi separati decadimento può essere quantitativamente analizzata in funzione della densità del vettore 3, 5 e energia di eccitazione / lunghezza d&#39;onda di 5. La localizzazione / confinamento di vettori indotte può essere studiata confrontando il decadimento della conducibilità vs polarizzabilità 5 (immaginaria vs parte reale della costante dielettrica). Inoltre, e forse più importante, TRMC può essere utilizzato per caratterizzare gli stati trappola che fungono da percorsi di decadimento portatori di carica. Trappole di superficie, per esempio, possono essere distinte dalle trappole di massa, confrontando passivato vs campioni unpassivated 6. gli stati sub-bandgap puòessere studiati direttamente utilizzando sub-bandgap eccitazione energie 5. Densità Trappola possono essere dedotte inserendo i dati TRMC 7. Grazie alla versatilità di questa tecnica, TRMC è stata applicata per studiare una vasta gamma di materiali, tra cui: semiconduttori tradizionali film sottile come silicio 6, 8 e TiO 2 9, 10, nanoparticelle 11, nanotubi 1, semiconduttori organici 12, miscele materiali 13, 14, e fotovoltaici ibridi materiali 3, 4, 5. Allo scopo di ottenere informazioni quantitative usando TRMC, è fondamentale poter determinare con precisione il numerodi assorbimento di fotoni per un dato eccitazione ottica. Dal momento che i metodi per quantificare l&#39;assorbimento di film sottili, nanoparticelle, soluzioni e campioni opachi sono diverse, le tecniche di preparazione e di taratura del campione qui presentati sono stati progettati specificamente per i campioni a film sottile. Tuttavia, il protocollo di misura TRMC presentato è molto generale.

<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 e tossico. Vedere SDS.</td></tr><tr><td>Ioduro di piombo (II) (99%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/211168?lang=en&region=AU</td><td>211168</td><td>tossico. Vedere SDS.</td></tr><tr><td>Dimetilformammide anidra (99,8%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/227056?lang=en&region=AU</td><td>227056</td><td>Tossico. Vedere SDS.</td></tr><tr><td>Dimetilsolfossido anidro (99,9%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/276855?lang=en&region=AU</td><td>276855</td><td>tossico. Vedere SDS.</td></tr><tr><td>2-propanolo anidro (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>Ioduro di metilammonio</td><td>Diesol www.dyesol.com/products/dsc-materials/perovskite-precursors/methylammonium-iodide.html</td><td>MS101000</td><td>Venduto anche da Sigma Aldrich</td></tr><tr><td>Poli(metacrilato di metile)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>445746</td><td></td></tr><tr><td>Clorobenzene anidro (99,8%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/445746?lang=en&region=AU</td><td>284513</td><td>Toxic. Vedere SDS.</td></tr><tr><td>Equipment</td><td>Azienda</td><td>Model</td><td>Comments/Description</td></tr><tr><td>Spettrofotometro UV-VIS-NIR</td><td>Perkin-Elmer&nbsp;</td><td>Profilometro Lambda 900</td><td></td></tr><tr><td>Veeco</td><td></td><td>Dektak 150</td><td></td></tr><tr><td>Analizzatore di rete vettoriale</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>Laser a lunghezza d'onda sintonizzabile</td><td>Opotek www.opotek.com/product/opolette-355</td><td>Opolette 355</td><td></td></tr><tr><td>Filtri a densità neutra</td><td>Thorlabs www.thorlabs.hk/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3193</td><td>NUK01</td><td></td></tr><tr><td>Misuratore di potenza</td><td>Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=PM100D</td><td>PM100D</td><td></td></tr><tr><td>Sensore di potenza</td><td>Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=S401C</td><td>S401C</td><td></td></tr><tr><td>Cavità</td><td>Costruito</td><td></td> <td>su misuraLa cavità utilizzata per questo esperimento è stata progettata e costruita internamente.</td></tr></tbody></table>

la ricombinazione dynamics nel fotovoltaici a film sottile materiali tramite risolta nel tempo microonde conducibilità

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

Un metodo per indagare le dinamiche di ricombinazione di portatori di carica foto-indotta nei semiconduttori a film sottile, in particolare in materiali fotovoltaici, come organo-piombo perovskiti alogenuri è presentato. Lo spessore del film perovskite e coefficiente di assorbimento sono inizialmente caratterizzate da profilometria e spettroscopia di assorbimento UV-VIS. La calibrazione di entrambi potenza del laser e la cavità sensibilità è descritto in dettaglio. Un protocollo per l&#39;esecuzione risolto microonde conducibilità (TRMC) esperimenti Flash-fotolisi Tempo, un metodo senza contatto di determinare la conduttività di un materiale, è presentato. è dato Procedimento per identificare le componenti reale e immaginaria del complesso conducibilità eseguendo TRMC in funzione della frequenza delle microonde. dinamiche portatori di carica sono determinati in diversi regimi di eccitazione (compresi i termini di potenza e lunghezza d&#39;onda). Tecniche per distinguere tra i processi diretti e trappola-mediata decadimento vengono presentati e discussi.I risultati sono modellati e interpretati con riferimento ad un modello cinetico generale di portatori di carica fotoindotte in un semiconduttore. Le tecniche descritte sono applicabili ad una vasta gamma di materiali optoelettronici, compresi materiali fotovoltaici organici e inorganici, nanoparticelle, e conduzione / semiconduttori film sottili.

I risultati rappresentativi presentati qui sono stati ottenuti da un campione di film sottile di CH3NH3PbI3 di 250 nm.
La dinamica della conducibilità <img alt='Formula di equilibrio statico "σ(t)" simbolo della tensione nel tempo.' src="/files/ftp_upload/55232/55232eq54.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equazione"> può essere correlata alla dinamica dei portatori di carica <img al...

Qui viene presentata una tecnica di conducibilità a microonde risolta nel tempo per studiare le dinamiche di ricombinazione diretta e mediata da trappole e determinare la mobilità dei portatori di semiconduttori a film sottile.

La ricombinazione Dynamics nel fotovoltaici a film sottile Materiali tramite risolta nel tempo Microonde Conducibilità

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

L'obiettivo generale di questo esperimento è utilizzare la potenza microonde riflessa per misurare la dinamica di ricombinazione dei portatori di carica fotoindotti nei materiali fotovoltaici a film sottile. Questo metodo è utile nel campo del fotovoltaico poiché misura il decadimento dei portatori di carica fotoindotti attraverso stati di trappola e processi di ricombinazione tra bande. Il principale vantaggio di questa tecnica è che non richiede contatti elettrici con il campione.Ciò significa che le vite medie misurate e le conducibilità non sono alterate dalla presenza di catodi. Per prima cosa, raccogliere alcuni degli elementi necessari per eseguire le misurazioni, inclusi un campione preparato per la misura. Questo campione di perovskite a film sottile è stato caratterizzato e le sue lunghezze d'onda di interesse sono state selezionate.Oltre al campione, preparare una cavità a microonde, un analizzatore di rete e un laser. Il campione verrà montato in questa cavità a microonde personalizzata, composta da quattro piastre a quarto d'onda avvitate tra loro. Un diaframma accoppia le microonde alla cavità, mentre un collegamento in fibra sulla chiusura a microonde consente l'acce

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Scopri la dinamica di ricombinazione dei portatori di carica in materiali fotovoltaici a film sottile mediante la tecnica TRMC senza contatti. Questo metodo permette di distinguere tra ricombinazione diretta e mediata da trappole.

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