Name: Recombinação Dynamics em Thin-film materiais fotovoltaicos via Condutividade Microondas resolvida no tempo (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 30 s
Description: Aprenda a medir dinâmica de recombinação de portadores de carga em materiais fotovoltaicos de película fina usando TRMC sem contato elétrico. Este método permite determinar tempos de vida, mobilidades e densidades de armadilhas em perovskitas.

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O agradecimento é feito ao Conselho Australiano de Pesquisa (LE130100146, DP160103008). O JAG é apoiado por um Prêmio Australiano de Pós-Graduação e o DRM por uma ARC Future Fellowship (FT130100214). Agradecemos a Nikos Kopidakis pelas discussões úteis.

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</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

Embora a técnica TRMC pode oferecer uma riqueza de informações sobre a dinâmica dos transportadores de carga fotoinduzidos, esta é uma medida indireta da condutividade, e, portanto, cuidado deve ser tomado na interpretação dos resultados. A técnica mede TRMC total mobilidade, e não pode ser usado para distinguir entre electrões e mobilidades furo. O pressuposto subjacente que a condutividade é proporcional à mudança na potência refletida detém apenas quando essa mudança é pequena (&lt;5%) 16. Alé...

Flash-fotólise condutividade microondas resolvida no tempo (FP-TRMC) monitora a dinâmica de portadores de carga foto-animado na escala de tempo ns-microsiemens, tornando-o uma ferramenta ideal para a investigação de processos de recombinação transportadora de carga. Compreender os mecanismos de degradação de portadores de carga foto-induzidas em semicondutores de película fina é de uma importância fundamental em uma variedade de aplicações, incluindo a optimização do dispositivo fotovoltaico. As vidas transportadora induzidas são muitas vezes funções de densidade induzida transportadora, comprimento de onda de excitação, a mobilidade, a densidade armadilha e taxa de aprisionamento. Este trabalho demonstra a versatilidade da técnica de tempo resolvido Microondas Condutividade (TRMC) para investigar uma ampla gama de dependências transportadora dinâmicas (intensidade, comprimento de onda, freqüência de microondas) e suas interpretações. cargas fotogeradas pode modificar tanto o real e as partes imaginária da constante dieléctrica de um material, de acordo com a sua mobilidade e Degre<html> e de confinamento / localização 1. A condutividade de um material <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq1.jpg" /> é proporcional à sua constante dieléctrica complexa <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq2.jpg" /> Onde <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq3.jpg" /> é a frequência de um campo elétrico microondas, <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq4.jpg" /> e <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq5.jpg" /> são as partes real e imaginária da constante dieléctrica. Assim, a parte real da condutividade está relacionada com a parte imaginária da constante dieléctrica, e podem ser mapeados para a absorção de micro-ondas, ao passo que a parte imaginária da condutividade (posteriormente referida como a polarização) está relacionada com uma mudança na frequência de ressonância do campo de microondas 1. t &quot;&gt; TRMC oferece várias vantagens em relação a outras técnicas. Por exemplo, as medições de fotocondutividade DC sofrem de uma variedade de complicações decorrentes de contacto do material com os eléctrodos. recombinação reforçada na interface eléctrodo / material, volta de injecção de cargas através dessa interface, bem como uma melhor dissociação de excitons e pares geminados devido à tensão aplicada 2 todos levam a distorções nas mobilidades transportadora medidos e vidas. em contraste, TRMC é uma técnica de eletrodo que mede a mobilidade intrínseca dos portadores sem distorções devido à transferência de carga em toda a contatos . Uma vantagem significativa da utilização de energia de microondas como uma sonda para a dinâmica transportadora é que, assim como monitorar o tempo de vida de decaimento de portadores de carga, mecanismos de degradação / vias também pode ser investigada. TRMC pode ser utilizado para determinar a vida total de mobilidade e 3Time 4 de portadores de carga induzidas. Estes parâmetros podem ser subsequentemente utilizada para distinguir entre os mecanismos de recombinação directas e mediadas por armadilha 3, 5. A dependência destas duas vias separadas de decaimento pode ser quantitativamente analisada como uma função de densidade de portadores 3, 5 e energia de excitação / 5 comprimento de onda. A localização / confinamento de portadores induzidas pode ser investigado, comparando o decaimento da condutividade vs polarizability 5 (imaginário vs parte real da constante dielétrica). Além disso, e talvez mais importante, TRMC pode ser utilizado para caracterizar estados de armadilhas que actuam como vias de decaimento dos transportadores de carga. Armadilhas de superfície, por exemplo, pode ser distinguido de armadilhas em massa, comparando amostras vs passivado unpassivated 6. estados Sub-bandgap podeser directamente investigada utilizando sub-bandgap excitação energias 5. Densidades armadilha pode ser deduzido pelo ajuste dos dados TRMC 7. Devido à versatilidade desta técnica, TRMC foi aplicada ao estudo de uma ampla gama de materiais, incluindo: semicondutores de película fina tradicionais, tais como silício 6, 8 e TiO 2 9, 10, as nanopartículas 11, nanotubos de 1, semicondutores orgânicos 12, misturas de materiais 13, 14 e fotovoltaicos híbrido materiais 3, 4, 5. A fim de obter informação quantitativa usando TRMC, é essencial ser capaz de determinar com precisão o númerode absorção de fótons para um determinado excitação óptica. Desde métodos para quantificar a absorção de filmes finos, nanopartículas, soluções e amostras opacas diferem, a preparação e calibração técnicas de exemplo apresentados aqui são projetados especificamente para as amostras de película fina. No entanto, o protocolo de medição TRMC apresentado é muito geral.

<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 tóxico. Veja SDS.</td></tr><tr><td>Iodeto de chumbo (II) (99%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/211168?lang=en&region=AU</td><td>211168</td><td>Tóxico. Veja SDS.</td></tr><tr><td>Dimetilformamida anidra (99,8%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/227056?lang=en&region=AU</td><td>227056</td><td>Tóxico. Veja SDS.</td></tr><tr><td>Dimetilsulfóxido anidro (99,9%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/276855?lang=en&region=AU</td><td>276855</td><td>Tóxico. Veja SDS.</td></tr><tr><td>2-propanol 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></td><td>Dyesol www.dyesol.com/products/dsc-materials/perovskite-precursors/methylammonium-iodide.html</td><td>MS101000</td><td>Também vendido pela Sigma Aldrich</td></tr><tr><td>Poli(metacrilato de metila)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>445746</td><td></td></tr><tr><td>Clorobenzeno anidro (99,8%)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/445746?lang=en&region=AU</td><td>284513</td><td>Tóxico. Veja SDS.</td></tr><tr><td>Equipment</td><td>Company</td><td>Model</td><td>Comentários/Descrição</td></tr><tr><td>Espectrofotômetro UV-VIS-NIR</td><td>Perkin-Elmer&nbsp;</td><td>Perfilômetro Lambda 900</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Veeco</td><td>Dektak 150</td><td></td></tr><tr><td>Analisador de Rede Vetorial</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 de comprimento de onda ajustável</td><td>Opotek www.opotek.com/product/opolette-355</td><td>Opolette 355</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de densidade neutra</td><td>Thorlabs www.thorlabs.hk/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3193</td><td>NUK01</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de potência</td><td>Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=PM100D</td><td>PM100D</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de potência</td><td>Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=S401C</td><td>S401C</td><td></td></tr><tr><td>Cavidade</td><td>Construído sob medida</td><td></td><td>A cavidade usada para este experimento foi projetada e construída internamente.</td></tr></tbody></table>

recombinação dynamics em thin-film materiais fotovoltaicos via condutividade microondas resolvida no tempo

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

Um método para a investigação dinâmica de recombinação de portadores de carga foto-induzidas em semicondutores de película fina, especificamente em materiais fotovoltaicos perovskitas como halogeneto de organo-chumbo é apresentada. A espessura da película perovskita e coeficiente de absorção são inicialmente caracterizada por perfilometria e espectroscopia de absorção UV-VIS. A calibração de sensibilidade, tanto a potência do laser e da cavidade está descrito em detalhe. Um protocolo para a realização de experiências de flash-fotólise resolvida no tempo Condutividade Microondas (TRMC), um método não-contacto de determinar a condutividade de um material, é apresentada. Um processo para identificar os componentes reais e imaginários do complexo através da realização de condutividade TRMC como uma função da frequência de microondas é dada. dinâmica de portadores de carga são determinadas sob diferentes regimes de excitação (incluindo alimentação e comprimento de onda). Técnicas para distinguir entre processos de deterioração diretos e mediada por armadilha são apresentados e discutidos.Os resultados são modeladas e interpretados com referência a um modelo de cinética geral de portadores de carga fotoinduzida em um semicondutor. As técnicas descritas são aplicáveis ​​a uma ampla gama de materiais, incluindo materiais optoelectrónicos fotovoltaicas orgânicas e inorgânicas, nanopartículas, e realizando / semicondutor filmes finos.

Os resultados representativos aqui apresentados foram obtidos a partir de um CH 250 nm 3 NH 3 PBI 3 amostra de película fina. A dinâmica da condutividade <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq54.jpg" /> pode estar relacionada com a dinâmica dos portadores de carga <img alt="Equação" src="/files/ftp_upload/55232/55232eq55.jpg" /> através da <p class="jove_content" fo:keep-to...

Uma técnica de condutividade de microondas resolvida no tempo para investigar a dinâmica de recombinação direta e mediada por armadilha e determinar as mobilidades de portadoras de semicondutores de filme fino é apresentada aqui.

Recombinação Dynamics em Thin-film materiais fotovoltaicos via Condutividade Microondas resolvida no tempo

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

O objetivo geral deste experimento é utilizar a potência de micro-ondas refletida para medir a dinâmica de recombinação de portadores de carga fotoinduzidos em materiais fotovoltaicos de filme fino. Este método é útil no campo da fotovoltaica porque mede o decaimento de portadores de carga fotoinduzidos por meio de estados de armadilha e processos de recombinação banda-a-banda. A principal vantagem desta técnica é que ela não requer contatos elétricos com a amostra.Isso significa que os tempos de vida medidos e as condutividades não são distorcidos pela presença de cátodos. Primeiro, reúna alguns dos elementos necessários para realizar as medições, incluindo uma amostra preparada para medição. Esta amostra de perovskita em filme fino foi caracterizada e seus comprimentos de onda de interesse foram selecionados.Além da amostra, tenha prontos uma cavidade de micro-ondas, um analisador de rede e um laser. A amostra será montada nesta cavidade de micro-ondas personalizada, composta por quatro placas de um quarto de onda parafusadas entre si. Uma abertura acopla micro-ondas à cavidade, e uma porta de fibra no curto-circuito de micro-ondas permite o acesso óptico.Um suporte de amostra de

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