समय हल माइक्रोवेव चालकता के माध्यम से पतली फिल्म फोटोवोल्टिक सामग्री में पुनर्संयोजन गतिशीलता

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Guse, J. A., Jones, T. W., Danos, A., McCamey, D. R. Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity. J. Vis. Exp. (121), e55232, doi:10.3791/55232 (2017).

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Abstract

पतली फिल्म अर्धचालकों में फोटो प्रेरित प्रभारी वाहक, विशेष रूप से ऐसे Organo नेतृत्व halide perovskites के रूप में फोटोवोल्टिक सामग्री में के पुनर्संयोजन गतिशीलता जांच के लिए एक विधि प्रस्तुत किया है। perovskite फिल्म मोटाई और अवशोषण गुणांक शुरू में profilometry और यूवी तुलना अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी की विशेषता है। दोनों लेजर शक्ति और गुहा की संवेदनशीलता कैलिब्रेशन विस्तार से वर्णन किया गया है। फ्लैश-photolysis समय हल माइक्रोवेव चालकता (TRMC) प्रयोगों प्रदर्शन के लिए एक प्रोटोकॉल, एक सामग्री की चालकता का निर्धारण करने के लिए एक गैर संपर्क विधि, प्रस्तुत किया है। माइक्रोवेव आवृत्ति के एक समारोह के रूप में TRMC प्रदर्शन से जटिल चालकता के वास्तविक और काल्पनिक घटकों की पहचान करने के लिए एक प्रक्रिया दी गई है। प्रभारी वाहक गतिशीलता (दोनों शक्ति और तरंग दैर्ध्य सहित) विभिन्न उत्तेजना व्यवस्थाओं के तहत निर्धारित कर रहे हैं। प्रत्यक्ष और जाल की मध्यस्थता क्षय प्रक्रियाओं के बीच भेद तकनीक प्रस्तुत किया और चर्चा कर रहे हैं।परिणाम मॉडलिंग की है और एक अर्धचालक में photoinduced चार्ज वाहक की एक सामान्य गतिज मॉडल के संदर्भ में व्याख्या कर रहे हैं। तकनीक वर्णित कार्बनिक और अकार्बनिक फोटोवोल्टिक सामग्री, नैनोकणों सहित optoelectronic सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए लागू कर रहे हैं, और पतली फिल्मों semiconducting / आयोजन।

Introduction

फ्लैश-photolysis समय हल माइक्रोवेव चालकता (एफपी-TRMC) एनएस-μs timescale पर फोटो उत्साहित चार्ज वाहक की गतिशीलता पर नजर रखता है, यह आरोप वाहक पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं की जांच के लिए एक आदर्श उपकरण बना रही है। पतली फिल्म अर्धचालकों में फोटो प्रेरित चार्ज वाहक के क्षय तंत्र को समझना फोटोवोल्टिक उपकरण अनुकूलन सहित आवेदन की एक श्रृंखला में महत्वपूर्ण महत्व का है। प्रेरित वाहक जन्मों अक्सर प्रेरित वाहक घनत्व, उत्तेजना तरंगदैर्ध्य, गतिशीलता, जाल घनत्व और फँसाने दर का कार्य कर रहे हैं। इस पत्र वाहक गतिशील निर्भरता (तीव्रता, तरंगदैर्ध्य, माइक्रोवेव आवृत्ति) और उनकी व्याख्याओं की एक विस्तृत श्रृंखला की जांच के लिए समय हल माइक्रोवेव चालकता (TRMC) तकनीक की बहुमुखी प्रतिभा को दर्शाता है।

Photogenerated आरोप है, को दोनों वास्तविक और एक सामग्री के ढांकता हुआ निरंतर की काल्पनिक भागों संशोधित कर सकते हैं अपनी गतिशीलता और degre पर निर्भर करता है प्रसूति / स्थानीयकरण 1 के ई। एक सामग्री की चालकता समीकरण इसकी जटिल ढांकता हुआ निरंतर के लिए आनुपातिक है

समीकरण

कहा पे समीकरण एक माइक्रोवेव बिजली के क्षेत्र की आवृत्ति है, समीकरण तथा समीकरण ढांकता हुआ निरंतर की वास्तविक और काल्पनिक भागों रहे हैं। इस प्रकार, चालकता के असली हिस्सा ढांकता हुआ निरंतर की काल्पनिक भाग से संबंधित है, और, माइक्रोवेव अवशोषण पर मैप किया जा सकता है, जबकि चालकता (बाद में ध्रुवीकरण के रूप में) के काल्पनिक भाग अनुनाद आवृत्ति में बदलाव से संबंधित है माइक्रोवेव क्षेत्र के 1।

टी "> TRMC के रूप में अच्छी तरह से अन्य तकनीकों पर कई लाभ प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, डीसी photoconductivity माप इस इंटरफेस के माध्यम से आरोपों के इंजेक्शन इलेक्ट्रोड / सामग्री इंटरफेस में इलेक्ट्रोड के साथ सामग्री से संपर्क करने से उत्पन्न होने वाली। बढ़ी पुनर्संयोजन, वापस जटिलताओं की एक सीमा से ग्रस्त हैं, लागू वोल्टेज 2 मापा वाहक mobilities और जीवन काल में विकृतियों के लिए सभी का नेतृत्व। इसके विपरीत होने के कारण excitons और बहुमूल्य पदार्थ जोड़े की बढ़ी हदबंदी के रूप में, एक TRMC electrodeless तकनीक है जो संपर्कों भर में हस्तांतरण को चार्ज करने के कारण विकृतियों के बिना वाहकों के आंतरिक गतिशीलता उपाय है ।

वाहक गतिशीलता के लिए एक जांच के रूप में माइक्रोवेव शक्ति का उपयोग करने का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि, के रूप में अच्छी तरह से चार्ज वाहक, क्षय तंत्र का क्षय जन्मों की निगरानी के रूप में / रास्ते भी जांच की जा सकती है।

TRMC कुल गतिशीलता 3 और जीवन का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकताप्रेरित प्रभारी वाहकों के समय 4। इन मानकों बाद में प्रत्यक्ष और जाल की मध्यस्थता पुनर्संयोजन तंत्र 3, 5 के बीच भेद करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इन दो अलग क्षय रास्ते की निर्भरता मात्रात्मक वाहक घनत्व 3, 5 और उत्तेजना ऊर्जा / तरंग दैर्ध्य 5 के एक समारोह के रूप में विश्लेषण किया जा सकता है। स्थानीयकरण / प्रेरित वाहकों के कारावास चालकता polarizability 5 (ढांकता हुआ निरंतर की असली हिस्सा बनाम काल्पनिक) बनाम के क्षय की तुलना द्वारा जांच की जा सकती है।

इसके अतिरिक्त, और शायद सबसे महत्वपूर्ण बात, TRMC जाल राज्यों में जो आरोप वाहक क्षय रास्ते के रूप में कार्य को चिह्नित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। भूतल जाल, उदाहरण के लिए, unpassivated नमूने 6 बनाम passivated की तुलना द्वारा थोक जाल से प्रतिष्ठित किया जा सकता है। उप-bandgap राज्यों कर सकते हैंसीधे उप bandgap उत्तेजना ऊर्जा 5 का उपयोग कर जांच की जा। जाल घनत्व TRMC डेटा 7 फिटिंग द्वारा deduced किया जा सकता है।

इस तकनीक के बहुमुखी प्रतिभा के कारण, TRMC सहित सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला का अध्ययन करने के लिए लागू कर दिया गया है ऐसे सिलिकॉन 6, 8 और 2 Tio 9, 10 के रूप में पारंपरिक पतली फिल्म अर्धचालक, 11 नैनोकणों, नैनोट्यूब 1, जैविक अर्धचालकों 12, सामग्री मिश्रणों 13, 14, और संकर फोटोवोल्टिक सामग्री 3, 4, 5।

आदेश TRMC का उपयोग कर मात्रात्मक जानकारी प्राप्त करने के लिए, यह महत्वपूर्ण है सही संख्या का निर्धारण करने में सक्षम होका एक दिया ऑप्टिकल उत्तेजना के लिए फोटॉनों अवशोषित। चूंकि पतली फिल्मों, नैनोकणों, समाधान और अपारदर्शी नमूने के अवशोषण को बढ़ाता के लिए तरीकों अलग है, यहाँ प्रस्तुत नमूना तैयार करने और अंशांकन तकनीक पतली फिल्म के नमूने के लिए विशेष रूप से डिजाइन किए हैं। हालांकि, TRMC माप प्रस्तुत प्रोटोकॉल बहुत सामान्य है।

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Protocol

1. नमूना तैयार

सावधानी: इस प्रोटोकॉल में प्रयुक्त कुछ रसायनों के स्वास्थ्य के लिए खतरनाक हो सकता है। सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डाटा शीट से परामर्श से पहले किसी भी नमूना तैयार जगह लेता करें। उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (प्रयोगशाला कोट, सुरक्षा चश्मा, दस्ताने, आदि) और इंजीनियरिंग नियंत्रण (जैसे glovebox, धूआं हुड, आदि) जब perovskite व्यापारियों से निपटने, और सॉल्वैंट्स का उपयोग।

नोट: इस खंड के उद्देश्य सब्सट्रेट पर एक समान मोटाई पतली फिल्म बनाने के लिए है। हालांकि इस प्रक्रिया Organo नेतृत्व halide नमूना perovskite के लिए विशिष्ट है, यह नमूने और वाष्प जमाव, स्पिन कोटिंग और sputtering, आदि के महत्वपूर्ण परिणाम में एक समान पतली फिल्म है सहित नमूना तैयार करने की तकनीक की एक श्रृंखला के लिए संशोधित किया जा सकता है।

  1. सब्सट्रेट सफाई
    1. क्वार्ट्ज (या कम लौह ग्लास) सब्सट्रेट एक अल्ट्रासोनिक स्नान में रखें30 मिनट के लिए डिटर्जेंट की।
    2. isopropanol साथ ultrapure पानी के साथ अल्ट्रासोनिक उपचार और उसके बाद दोहराएँ।
    3. नाइट्रोजन प्लाज्मा के तहत साफ substrates के 30 मिनट के लिए तुरंत एक नाइट्रोजन glovebox में स्थानांतरित करने से पहले के लिए रखें।
  2. सीएच 3 राष्ट्रीय राजमार्ग 3 PBI 3 perovskite नमूना तैयार interdiffusion विधि का उपयोग कर 15
    नोट: निम्न चरणों में नाइट्रोजन glovebox में प्रदर्शन कर रहे हैं।
    1. PBI 2 की 461 मिलीग्राम एक नमूना शीशी में जोड़ें, और एक नाइट्रोजन glovebox के लिए स्थानांतरण।
    2. एक मिश्रित 85:15 DMF / DMSO विलायक से करने के लिए निर्जल dimethylsulfoxide के 150 μL (DMSO) के लिए निर्जल dimethylformamide के 850 μL (DMF) जोड़ें।
    3. PBI 2 DMF / DMSO विलायक में जोड़े और 100 डिग्री सेल्सियस पर मिश्रण गर्मी एक चुंबकीय उत्तेजक पट्टी के साथ सरगर्मी जबकि जब तक PBI 2 पूरी तरह से भंग कर दिया है।
    4. फिल्टर एक 0.2 माइक्रोन PTFE के माध्यम से PBI 2 समाधानएक साफ नमूना शीशी में फिल्टर और 100 डिग्री सेल्सियस hotplate पर वापस जाएँ।
    5. निर्जल isopropanol के 50 एमएल में सीएच 3 राष्ट्रीय राजमार्ग 3 मैं के 50 मिलीग्राम भंग।
    6. कांच सब्सट्रेट (कमरे के तापमान पर) पर गर्म PBI 2 समाधान के 80 μL बांटना और तुरंत 5000 rpm पर स्पिन 30 एस एक पतली PBI 2 अग्रदूत फिल्म बनाने के लिए के लिए।
    7. सीएच 3 राष्ट्रीय राजमार्ग 3 मैं समाधान सीधे PBI 2 फिल्म के केंद्र पर एक 300 μL मात्रा इंजेक्षन, और तुरंत कोट 30 एस के लिए 5000 rpm पर इस समाधान स्पिन।
      नोट: यह कदम सीएच 3 राष्ट्रीय राजमार्ग 3 मैं समाधान का एक भी आश्वस्त बांटना के साथ बाहर किया जाना चाहिए। अनायास ही भरी से बचने के लिए के रूप में इस जिसके परिणामस्वरूप फिल्म की गुणवत्ता को प्रभावित करता है, सावधान रहें।
    8. 2 घंटे, कि इस तरह के अग्रदूत फिल्म एक perovskite संरचना में क्रिस्टलीकृत के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर एक hotplate पर नमूना रखें। जिसके परिणामस्वरूप सीएच 3 राष्ट्रीय राजमार्ग 3 PBI 3 फिल्म एसएमओ होना चाहिएएक दर्पण की तरह सतह के साथ अन्य संगठनों, और 250 एनएम के बारे में मोटी।
  3. नमूना encapsulation
    नोट: इस कदम के नमूने जो वायुमंडलीय गिरावट से पीड़ित के लिए आवश्यक है।
    1. 1 एमएल निर्जल chlorobenzene में पाली (मिथाइल methacrylate) (PMMA) के 10 मिलीग्राम भंग। स्पिन कोट 30 एस के लिए 1000 rpm पर PMMA समाधान के 50 μL के साथ नमूना।

2. नमूना विशेषता

  1. उपाय नमूना मोटाई
    1. एक साथी के नमूने पर एक छोटी लाइन खोदना। इस खोदना एक profilometer का उपयोग कर के पास सतह को स्कैन। एल फिल्म मोटाई निर्धारित
      नोट: नमूना एक प्रकाश मुक्त (एल्यूमिनियम पन्नी में कवर उदाहरण के लिए) में संग्रहित किया जाना चाहिए ऑक्सीजन मुक्त (जैसे नाइट्रोजन) उपयोग के लिए तैयार है जब तक पर्यावरण।
  2. अवशोषण स्पेक्ट्रम उपाय
    नोट: इस माप के विवरण नमूना के आधार पर बदलती (पाउडर सेशन बनाम जैसेaque फिल्मों बनाम अर्द्ध पारदर्शी फिल्मों)। निम्नलिखित प्रक्रिया अर्द्ध पारदर्शी पतली फिल्म के नमूने के लिए बनाया गया है। इस धारा के उद्देश्य ब्याज की तरंग दैर्ध्य निर्धारित करने के लिए जांच करने के लिए (निर्धारित बैंड अंतराल, excitonic सुविधाओं, आदि जैसे), एफ और एक अवशोषित फोटॉनों बनाम ब्याज की प्रत्येक तरंग दैर्ध्य में घटना फोटॉनों के अंश की गणना करने के लिए है।
    1. नमूना सब्सट्रेट (जैसे कांच स्लाइड) एक उपयुक्त स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का नमूना धारक में रखें। रिकार्ड पृष्ठभूमि reflectance (आर (λ)) और संप्रेषण (टी (λ)) निर्माता के निर्देशों के अनुसार स्पेक्ट्रा। नोट: इस तरह के बाओ 4 के रूप में एक reflectance मानक भी एक सटीक आधारभूत प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
    2. निर्माता के निर्देशों के अनुसार नमूने के साथ सब्सट्रेट (टी (λ)) बदलें और reflectance (आर (λ)) और संप्रेषण रिकॉर्ड है। सटीक स्पेक्ट्रा प्राप्त करने के लिए पृष्ठभूमि माप घटाएँ।
      नोट: अपारदर्शी नमूने के लिए, के रूप मेंएक एकीकृत क्षेत्र लगाव के साथ pectrophotometer इस्तेमाल किया जाना चाहिए। फैलाना reflectance खंड 2.2.1-2 के रूप में मापा जाता है, हालांकि नमूना एकीकृत क्षेत्र के पीछे में रखा जाना चाहिए, निर्माता के निर्देशों के अनुसार।
    3. अवशोषण गुणांक के माध्यम से की गणना:
      समीकरण
      नोट: कहां, डी सेमी में फिल्म की मोटाई है।
    4. संख्या की गणना के माध्यम से बनाम घटना फोटॉनों अवशोषित की
      समीकरण
      नोट: सुनिश्चित करें कि अवशोषण गुणांक और नमूना मोटाई एल एक ही इकाइयों है सुनिश्चित करें।
    5. निरीक्षण द्वारा अवशोषण स्पेक्ट्रम से ब्याज की तरंग दैर्ध्य निर्धारित करते हैं। ये बैंड किनारे पर या बैंड पूंछ में ऑप्टिकल संक्रमण या तरंग दैर्ध्य शामिल हो सकते हैं। नोट: इन तरंग दैर्ध्य में से प्रत्येक को एफ एक।
      नोट: निम्न अंशांकन प्रक्रियाओं सिर्फ प्रयोग करने से पहले किया जाना चाहिए।

3. लेजर पावर कैलिब्रेशन

नोट: इस खंड में, चित्रा 3 में ऑप्टिकल उत्तेजना योजनाबद्ध को देखें। OPOS तरह tunable तरंगदैर्ध्य लेज़रों प्रत्येक तरंग दैर्ध्य में युग्मन की आवश्यकता होती है।

  1. युगल मुक्त अंतरिक्ष लेजर एक फाइबर में
    नोट: उपलब्ध लेजर पहले से ही फाइबर युग्मित है, तो इस खंड को छोड़।
    नोट: बंद अक्ष परवलयिक दर्पण फाइबर कप्लर्स अवर्णी कर रहे हैं, जिसका मतलब है कि दर्पण पर सभी तरंग दैर्ध्य घटना नमूना बात करने के लिए ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। नतीजतन, फाइबर एक तरंग दैर्ध्य में मुक्त अंतरिक्ष लेजर करने के लिए मिलकर किया जा सकता है, और प्रत्येक तरंग दैर्ध्य में समायोजन की आवश्यकता नहीं है। इस कदम से पहले किसी अन्य माप प्रदर्शन कर रहे हैं किया जाना चाहिए
    नोट: यह एक TRMC गुहा और ऑप्टिकल सेटअप एक मुक्त अंतरिक्ष लेजर का उपयोग करते हुए डिजाइन करने के लिए संभव है, हालांकि सही और reproducibly अवशोषित लेजर शक्ति निस्र्पक थोड़ा अधिक कठिन हो सकता है।
    1. वांछित मूल्य निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार (जैसे 750 एनएम) को घटना की तरंग दैर्ध्य सेट करें। निश्चित तरंग दैर्ध्य लेज़रों के लिए, इस कदम अनावश्यक है।
    2. दिखाई पार बीम के लिए लेजर बीम प्रोफ़ाइल की जाँच करें। यदि इन मौजूद हैं, irises का उपयोग केवल केंद्रीय गाऊसी किरण फाइबर युग्मक को पारित करने के लिए अनुमति देने के लिए।
    3. एक बंद अक्ष परवलयिक दर्पण फाइबर युग्मक संरेखित तो यह है कि घटना लेजर बीम दर्पण के ऑप्टिकल अक्ष के साथ गठबंधन किया है।
    4. फाइबर युग्मक करने के लिए और एक बिजली सेंसर करने के लिए ऑप्टिकल फाइबर कनेक्ट करें। बड़ा फाइबर कोर, अधिक प्रकाश फाइबर में मिलकर किया जा सकता है। एक 1 मिमी कोर एनए 0.48 फाइबर प्रभावी ढंग से काम करता है।
    5. बिजली सेंसर के साथ फाइबर की बिजली उत्पादन की निगरानी करते हुए झुकाव और फाइबर युग्मक के कोण का समायोजन करके कम बिजली पर फाइबर युग्मन को अधिकतम। जब सत्ता में संवेदक द्वारा मापा एक लो में अधिकतम है (यानी फाइबर युग्मक झुकाव कोण परिणाम के किसी भी समायोजन इष्टतम युग्मन हासिल की हैwer शक्ति माप)
      नोट: संरेखण गरीब है, तो यह फाइबर के बाहरी आवरण को नुकसान करने के लिए संभव है। एक बजाते ध्वनि इंगित करता है कि एक छेद आवरण में जला दिया जा रहा है। इस मामले में, तुरंत लेजर बंद कर देते हैं और कम बिजली पर युग्मक के एक मोटे संरेखण प्रदर्शन करते हैं।
    6. धीरे-धीरे लेजर शक्ति बढ़ाने के लिए और 3.1.5 के रूप में युग्मन परिष्कृत करें।
  2. उपाय गुहा हानि कारक
    नोट: इस धारा 3.1 में उल्लिखित फाइबर युग्मन प्रक्रिया के बाद किया जाना चाहिए।
    1. बिजली के लिए एक उपयुक्त बिजली सेंसर का उपयोग फाइबर के माध्यम से प्रेषित उपाय। यह माप गुहा में फाइबर कनेक्ट करने से पहले किया जाता है।
    2. नमूना पर बिजली उपाय। (चित्रा 4 देखें) यह सबसे आसान यदि गुहा 4 तिमाही लहर एक साथ खराब प्लेटों से बना हुआ है। यह सही और reproducibly करने के लिए, गुहा खोलना नमूना पर एक मुखौटा नमूना धारक के आकार को जगहस्थिति और लेजर शक्ति मुखौटा के माध्यम डिटेक्टर तक पहुँचने के उपाय।
    3. लेजर पावर पावर नमूना पर मापा द्वारा फाइबर पर मापा विभाजित करके गुहा हानि कारक की गणना। यह माप खाते के घाटे को ज्यामितीय के साथ ही सेटअप में वाचाल घटकों के कारण घाटे में लेता है।
    4. ब्याज की प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए इस माप दोहराएँ।

4. गुहा में नमूना बढ़ते

  1. एक Teflon नमूना धारक में नमूना, ऐसा है कि नमूना गुहा एक बार डाला में केंद्रित है डिज़ाइन किया गया रखें।
  2. गुहा के ऑप्टिकल इनपुट का सामना करना पड़ पतली फिल्म के साथ अधिकतम बिजली क्षेत्र के एक स्थान पर गुहा में नमूना धारक डालें। चित्रा 4 गुहा और नमूना धारक का एक विस्तृत योजनाबद्ध दिखाता है।

5. गुहा संवेदनशीलता अंशांकन 14

नोट: अतिरिक्त तस्वीर प्रभारी उत्पन्नवाहक नमूना चालकता में बदलाव के लिए नेतृत्व समीकरण (एस -1) जो माइक्रोवेव शक्ति में कमी गुहा से परिलक्षित में यह परिणाम समीकरण । चालकता 17 में छोटे परिवर्तन के लिए, माइक्रोवेव सत्ता में परिवर्तन एक गुहा संवेदनशीलता कारक के माध्यम से चालकता में परिवर्तन के लिए आनुपातिक है समीकरण :
समीकरण
चालकता में परिवर्तन समीकरण का नमूना थोक चालकता में परिवर्तन से संबंधित है समीकरण के जरिए समीकरण
नोट: इस अंशांकन माइक्रोवेव सत्ता बदलने वाहक गतिशीलता को चार्ज करने के लिए आवश्यक है। उद्देश्य तोअध्ययन की गतिशीलता की तुलना या रिश्तेदार परिणाम प्राप्त करने के लिए है, इस अंशांकन आवश्यकता नहीं है।
नोट: इस खंड में, चित्रा 5 में माइक्रोवेव का पता लगाने के सेटअप को देखें।

  1. एक नेटवर्क विश्लेषक के बंदरगाह 1 एक नेटवर्क विश्लेषक के फैलानेवाला इनपुट बंदरगाह 1. पोर्ट से कनेक्ट करने के लिए बात करने के लिए 2 सर्किट में अभी पता लगाने से पहले (जैसे एक का पता लगाने डायोड या बुद्धि मॉडुलन डिटेक्टर का उत्पादन करने के लिए) से कनेक्ट। एक 2-बंदरगाह S21 माप के रूप में बिजली लोड गुहा (यानी नमूना डाला के साथ) से परिलक्षित उपाय, आदेश सर्किट की गूंज वक्र प्राप्त करने के लिए। 14
    नोट: गुहा बाहरी माइक्रोवेव का पता लगाने circuitry के साथ मिलान नहीं किया गया है, प्रतिध्वनि वक्र खड़े अकेले गुहा सर्किट में गुहा बनाम के लिए अलग अलग हो जाएगा। इस प्रकार, यह गूंज गुहा से एक एक बंदरगाह प्रतिबिंब माप के रूप में नहीं मापने के लिए बेहतर है, लेकिन 'प्रतिबिंब' माप thr बल्कि एक 2-बंदरगाह के रूप मेंफैलानेवाला ough।
    नोट: अनुनाद आवृत्ति मुख्य रूप से गुहा की ज्यामिति द्वारा निर्धारित किया जाता इस्तेमाल किया जा रहा है। TRMC के लिए विशिष्ट गूंज आवृत्तियों, एक्स-बैंड (~ 10 गीगा) और क्यू-बैंड (~ 34 गीगा) में पाया जाता है, हालांकि किसी भी माइक्रोवेव आवृत्ति सिद्धांत रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। इस पांडुलिपि में, हम ~ 6.5 गीगा, जो एक बड़ा नमूना स्थान उपलब्ध कराने के लिए जब एक एक्स-बैंड गुहा के साथ तुलना में whilst एक समान माइक्रोवेव प्रतिक्रिया प्रदान करता है एक अनुनाद आवृत्ति के साथ एक गुहा का उपयोग करें।
  2. गुणवत्ता कारक का अनुकूलन समीकरण , ट्यूनिंग पेंच गूंज डुबकी देख कर के साथ गुहा की गहरी और संकरा हो गया है।
    नोट: क्यू कारक अनुकूलन जरूरी अतारांकित अधिकतम वृद्धि करते हुए क्यू कारक संवेदनशीलता बढ़ जाती है मतलब यह नहीं है, गुहा प्रतिक्रिया समय समीकरण भी बढ़ जाती है। यह उच्च अस्थायी समाधान प्राप्त करने के लिए संवेदनशीलता को कम करने के लिए बेहतर हो सकता है। यदि तस्वीर प्रेरित प्रभारी वाहक काफी माल की निरंतर ढांकता हुआ, संशोधित करने, अनुनाद आवृत्ति भी अस्थायी बाहर गुहा बैंडविड्थ की बदलाव कर सकते हैं, तो क्यू बड़ी है, एक विकृत बिजली की माप में जिसके परिणामस्वरूप। इन मामलों में, गुंजयमान यंत्र थोड़ा overcoupling परिलक्षित बिजली की सटीकता में सुधार कर सकते हैं।
  3. उपाय और धारा 5.1.1 में वर्णित के रूप में एक नेटवर्क विश्लेषक का उपयोग करने का अनुकूलित गूंज वक्र रिकॉर्ड है।
  4. प्लॉट पी परिलक्षित एक रेखीय पैमाने पर / पी घटना और के रूप में 6 चित्र में दिखाया गया है, एक Lorentzian lineshape साथ आधारभूत को सही आंकड़ा फिट बैठते हैं।
  5. लोड गुणवत्ता कारक की गणना समीकरण , के जरिए:
    समीकरण
    नोट: कहां समीकरण अनुनाद की अवस्था का आधा अधिकतम (FWHM) पर पूरी चौड़ाई है औरसमझना "src =" / files / ftp_upload / 55232 / 55232eq19.jpg "/> अनुनाद आवृत्ति है।
  6. 14 के माध्यम से गुहा की गुहा संवेदनशीलता कारक एक (Ω सेमी) की गणना:
    समीकरण
    कहा पे समीकरण अनुनाद आवृत्ति पर घटना के सत्ता में परिलक्षित का अनुपात है, समीकरण लोड अनुनाद आवृत्ति है, समीकरण अनुनाद आवृत्ति है, समीकरण अनुनाद आवृत्ति पर माल की निरंतर ढांकता हुआ है, समीकरण मुक्त अंतरिक्ष (एफ / सेमी) के permittivity है।
    नोट: इस सूत्र मान लिया गया नमूना भरता पूरे गुहा।
  7. नमूना geometr के लिए संवेदनशीलता कारक सहीY:
    निम्न सुधार कारकों आकार की एक पतली फिल्म नमूना [डब्ल्यू डब्ल्यू × × एल], (एल << डी), (अधिकतम बिजली के क्षेत्र में यानी) Z 0 = डी / 4 में गुहा में केंद्रित के लिए लागू होते हैं। इधर, एल नमूना मोटाई (सेमी), एक और ख आयताकार गुहा की लंबी और छोटी पक्षों क्रमशः रहे हैं और डी गुहा (सेमी) की लंबाई है। ज्यामिति को सही संवेदनशीलता कारक एक द्वारा दिया जाता है:
    समीकरण
    जहां सी जेड, सी XY जेड और XY दिशा के साथ गुहा अंतरिक्ष की अधूरी भरने के कारण सुधार कारक हैं, के द्वारा दिए गए:
    समीकरण
    समीकरण

6. एकल TRMC क्षणिक माप प्रक्रिया

  1. निर्धारित बनाने के लिए इष्टतम माप मानकों: मैन्युअल संकेत मिल
    नोट: प्लीएसई प्रोटोकॉल के निम्न वर्गों पढ़ने से पहले चित्रा 2 में प्रस्तुत प्रयोगात्मक योजनाबद्ध को देखें।
    नोट: माइक्रोवेव का पता लगाने circuitry हाथ से या उपयुक्त सॉफ्टवेयर का उपयोग किया जा सकता है की स्थापना। आमतौर पर, प्रत्येक नया नमूना के लिए, (जैसे कि अनुनाद आवृत्ति, माइक्रोवेव शक्ति, ट्रिगर स्थिति और समय-आधार के रूप में) माप मानकों अज्ञात हैं और पहचान / संकेत अनुकूलन करने के लिए समायोजित किया जाना चाहिए। यह आमतौर पर मैन्युअल रूप से किया जाता है। एक बार संकेत पहचान की गई है, माप मानकों तो माप प्रक्रिया को स्वचालित करने के लिए इस्तेमाल एक MATLAB (या अन्य) स्क्रिप्ट में प्रवेश कर रहे हैं।
    1. ट्यून ब्याज की एक तरंग दैर्ध्य के लिए लेजर, धारा 2.2.5 में चुना गया है।
    2. लेजर एक समायोज्य बिजली सेटिंग है, तो अधिकतम करने के लिए बिजली उत्पादन सेट निर्माता के निर्देशों के अनुसार। (यह स्वयं एक शक्ति का समायोजन घुंडी शामिल हो सकता है, या लेजर के आधार पर सॉफ्टवेयर के जरिए किया जा सकता है)।
    3. कनेक्ट (पहले से हीयुग्मित) एक शक्ति सेंसर करने के लिए ऑप्टिकल फाइबर, और लेजर शक्ति फाइबर एक बिजली मीटर का उपयोग कर के माध्यम से प्रेषित उपाय। फाइबर इस स्तर पर गुहा से जुड़ा नहीं है।
      नोट: बहुत ही कम स्पंदित लेज़रों के लिए, इस बार सबसे अच्छा डायोड सेंसर, जो बहुत ही उच्च शक्तियों पर अस्थायी संतृप्ति या यहां तक ​​कि अचालक टूटने से गुजरना सकता है बजाय थर्मल (औसत शक्ति) का उपयोग सेंसर किया जाता है।
    4. एक वांछित सत्ता के स्तर के लिए लेजर शक्ति attenuate करने के लिए तटस्थ घनत्व (एनडी) फिल्टर का प्रयोग करें।
      नोट: यह एक निचले स्तर के लिए सत्ता स्थापित करने और फिल्टर का उपयोग नहीं करने के लिए संभव है, लेकिन एक और अधिक सटीक शक्ति पढ़ने के लिए एक उच्च शक्ति को मापने तो attenuating द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।
    5. के माध्यम से इस उत्तेजना तीव्रता में एन पीएच, अवशोषित फोटॉनों की संख्या / 2 सेमी / नाड़ी की गणना:
      समीकरण
      समीकरण
    6. गुहा के लिए फाइबर कनेक्ट करें।
    7. के रूप में चित्रा 5 में दिखाया गया पता लगाने circuitry सेट करें।
      ध्यान दें: एक वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक इन मापों प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था; हालांकि यह एक शक्ति संवेदक के रूप में एक माइक्रोवेव डायोड का उपयोग कर उदाहरण के लिए, एक वैकल्पिक माइक्रोवेव का पता लगाने सेटअप का उपयोग करने के लिए संभव है।
    8. , भरी हुई गुहा के अनुनाद आवृत्ति को माइक्रोवेव स्रोत आवृत्ति सेट के रूप में खंड 5 में मापा जाता नेटवर्क विश्लेषक का उपयोग हमारे सेटअप के लिए, यह निरंतर आवृत्ति उत्पादन को सक्रिय करने के शामिल है और मैन्युअल रूप से उत्पादन माइक्रोवेव की आवृत्ति में प्रवेश।
    9. 0 dBm के लिए माइक्रोवेव शक्ति सेट करें।
    10. नेटवर्क विश्लेषक (या वैकल्पिक डिटेक्टर) लेजर का उपयोग कर ट्रिगर। ट्रिगर आवश्यक ऑफसेट लेजर पल्स फिटिंग के लिए एक आधार रेखा के रूप में उपयोग करने से पहले 'अंधेरे' संकेत के कुछ microseconds के साथ संकेत के उदय पर कब्जा करने के लिए निर्धारित करते हैं। अच्छी तरह से ट्रिगर संकेत लंबाई के 1/10 के लिए ऑफसेट सेटिंग काम करता है (उदाहरण के संकेत 100 μs लंबा है, तो फिर baseline ट्रिगर 10 μs द्वारा ऑफसेट किया जाना चाहिए)। यह ट्रिगर मोड के लिए "बाहरी" में परिवर्तन, और ट्रिगर जब तक संकेत पाया जाता है ऑफसेट समायोजन।
    11. नेटवर्क विश्लेषक (या वैकल्पिक डिटेक्टर) इस तरह के timebase समायोजित करें कि क्षणिक पूंछ बहुत लंबे समय तक कि प्रारंभिक क्षय है। अक्सर, वहाँ एक लंबी पूंछ जो बनी रहती है तब भी जब यह (एक रेखीय पैमाने पर) प्रतीत होता है कि सिग्नल शोर मंजिल को सड़ा हुआ गया है।
      नोट: यह निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है, तो timebase पर्याप्त लंबी है, एक औसत TRMC क्षणिक रिकॉर्ड और फिर एक लॉग-लॉग पैमाने पर साजिश है।
  2. कच्चे क्षणिक उपाय
    नोट: आमतौर पर, जब TRMC डेटा की सुइट्स प्राप्त करने, माप प्रक्रिया माइक्रोवेव स्रोत और डिटेक्टर के साथ interfacing से स्वचालित है। (माप समय का आधार है, ट्रिगर ऑफसेट, संख्या ओ इस पत्र में, एक घर का बना MATLAB स्क्रिप्ट भी माप अधिग्रहण विन्यस्त करने के लिए माइक्रोवेव निर्गम (freq, और बिजली) स्थापित करने के लिए प्रयोग किया गया हैएफ औसत)।
    1. माप स्वचालित रहे हैं, इनपुट माइक्रोवेव आवृत्ति और बिजली के साथ ही अधिग्रहण ट्रिगर ऑफसेट और माप समय विकल्प है, जो प्रयोग स्क्रिप्ट में ऊपर अनुभाग में निर्धारित किया गया है।
    2. जबकि लगातार लेजर स्पंदन, मापने के लिए और एक नेटवर्क विश्लेषक (या वैकल्पिक डिटेक्टर) पर एक TRMC क्षय क्षणिक रिकॉर्ड है। औसत से कम से कम 100 निशान स्पंदित लेजर में शॉट के लिए शॉट सत्ता बदलाव के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए (भले ही एस / एन एक ही शॉट माप के साथ बहुत अधिक है)। माप स्वचालित रहे हैं, तो इस प्रयोग स्क्रिप्ट निष्पादित द्वारा किया जाता है।
      नोट: औसत के रूप 7 चित्र में दिखाया विशेष रूप से लंबे, छोटे आयाम क्षय ऐसे पूंछ के साथ नमूने के लिए पर्याप्त संकेत करने वाली शोर प्राप्त करने के लिए आवश्यक हो सकता है।
      नोट: उल्टे यात्रियों, या यात्रियों सकारात्मक और नकारात्मक 'पालियों' के साथ, संकेत हो सकता है कि माइक्रोवेव आवृत्ति गुहा अनुनाद आवृत्ति पर नहीं है। रों को समायोजित करेंक्षणिक संकेत तक Ource आवृत्ति अधिकतम है।
    3. गुहा से फाइबर डिस्कनेक्ट और ऑप्टिकल बंदरगाह टोपी। गुंजयमान यंत्र में अभी भी एक पृष्ठभूमि के पिछले चरण में औसत की एक ही नंबर के साथ पढ़ने, नमूने के साथ ले लो, लेकिन अब कोई प्रबुद्ध जा रहा है।
    4. संकेत का पता लगाने से पृष्ठभूमि का पता लगाने घटाएँ।
  3. प्रभारी वाहक प्रति गतिशीलता में कच्चे डेटा की प्रक्रिया
    1. के माध्यम से परिलक्षित सत्ता में परिवर्तन की गणना
      समीकरण
      नोट: कहां समीकरण कच्चे क्षणिक (रोशनी से पहले) के आधारभूत मूल्य और समीकरण कच्चे क्षणिक डेटा है।
      नोट: डिटेक्टर उपाय नहीं बिजली (जैसे डायोड + आस्टसीलस्कप) वोल्टेज, तो एक स्केलिंग कारक शामिल किया जाना चाहिए। स्केलिंग कारक आमतौर पर D से उद्धृत किया गया हैiode निर्माता; अन्यथा यह बनाम इनपुट माइक्रोवेव बिजली उत्पादन में वोल्टेज की एक अंशांकन प्रदर्शन से प्राप्त किया जा सकता है।
      समीकरण
    2. (यानी rescale क्षणिक) प्रभारी वाहक प्रति गतिशीलता को परिलक्षित सत्ता में परिवर्तन के माध्यम से कन्वर्ट:
      समीकरण
      नोट: कहां समीकरण लेजर पल्स के अंत से मेल खाती है, समीकरण एक इलेक्ट्रॉन के प्रभारी है, समीकरण गुहा की छोटी और लंबी आयामों और बीच का अनुपात है समीकरण है 2 सेमी प्रति अवशोषित फोटॉनों की संख्या और समीकरण (Ω) से संबंधित परिलक्षित माइक्रोवेव पीप्रवाहकत्त्व ΔG में परिवर्तन करने के लिए ower। इस rescaling अलग लेजर शक्तियों और तरंग दैर्ध्य में लिया TRMC यात्रियों की सार्थक तुलना करने के लिए अनुमति देता है।
      ध्यान दें: समीकरण वास्तव में इलेक्ट्रॉन और छेद की कुल गतिशीलता है। हालांकि, हम इन TRMC का उपयोग कर योगदान के बीच भेद नहीं कर सकते हैं, और इसलिए हम उन्हें एक साथ गांठ सादगी के लिए।
    3. एक उपयुक्त मॉडल के साथ TRMC ट्रेस फिट बैठते हैं।
      नोट: यह सरल है, तो डेटा एक या दो घातीय रूप इस प्रकार है। हालांकि, यह डेटा एक सरल रूप में यह एक काइनेटिक मॉडल है, जो एक स्तोत्र का समाधान फिटिंग शामिल करने के लिए डेटा फिट करने के लिए आवश्यक हो सकता है (7 चित्रा देखें)। फिटिंग समीकरण / मॉडल एक साधन प्रतिक्रिया समारोह के साथ convolved किया जाना चाहिए (जैसे गाऊसी चौड़ाई साधन डेटा का अस्थायी समाधान की सीमा जिनमें से प्रतिक्रिया समय के लिए इसी के साथ टी = टी लेजर पर केन्द्रित।) </ Li>

7. चालकता के वास्तविक और काल्पनिक अवयव की जांच

  1. मापने TRMC माइक्रोवेव जांच आवृत्ति के एक समारोह के रूप में निशान
    नोट: (जटिल) चालकता गतिशीलता असली (चालकता) में deconstructed जा सकता है और काल्पनिक (ध्रुवीकरण) कई TRMC लेने के द्वारा घटकों लोड गुहा की गूंज वक्र फैले माइक्रोवेव आवृत्तियों पर निशान।
    1. अनुनाद आवृत्ति निर्धारित समीकरण S21 गुहा गूंज वक्र से अंधेरे में नमूने के साथ गुहा की (चित्रा 6 देखें)।
    2. एक्स> 20 आवृत्ति अंक चुनें समीकरण इस गूंज वक्र साथ। ये अंक एक Lorentzian समारोह फिट करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा, तो यह सबसे अच्छा है अगर वहाँ अंधेरे अनुनाद आवृत्ति एफ सी के करीब अधिक अंक हैं (देखें 9 चित्रा)।
    3. उत्तेजना तरंगदैर्ध्य हित के ध्रुवीकरण की गतिशीलता के आधार पर सेट (के लिए मुफ्त वाहक ध्रुवीकरण, फंस प्रभारी ध्रुवीकरण के लिए उप-bandgap bandgap ऊपर जैसे)।
    4. अधिकतम करने के लिए लेजर पावर (इस सर्वोच्च एस / एन दे देंगे) सेट करें।
    5. फाइबर से बाहर लेजर शक्ति को मापने। अंधेरे में गुहा के अनुनाद आवृत्ति के लिए जांच माइक्रोवेव आवृत्ति सेट समीकरण
    6. एक TRMC का पता लगाने प्राप्त खंड में वर्णित 6. दोहराएँ माप के लिए एक निश्चित लेजर तीव्रता में ऊपर वर्णित के रूप में समीकरण
  2. आवृत्ति डेटा पोस्ट प्रसंस्करण: वास्तविक और काल्पनिक भागों में विखंडन
    1. प्लॉट TRMC क्षणिक बिजली समीकरण एक समारोह के समय और जांच माइक्रोवेव आवृत्ति के रूप मेंes / ftp_upload / 55232 / 55232eq116.jpg "/>, चित्रा 8 में दिखाया गया है।
    2. भूखंड समीकरण तथा समीकरण , = 0 टी में और टी में TRMC शक्ति = प्रत्येक माइक्रोवेव आवृत्ति के लिए लेजर पल्स के अंत के रूप में चित्रा 8 में दिखाया गया है।
    3. समय में एक टुकड़ा के लिए समीकरण , एक गूंज वक्र का निर्माण समीकरण
    4. एक Lorentzian के साथ इस वक्र फिट अनुनाद आवृत्ति प्राप्त करने के लिए समीकरण और गुंजयमान बिजली समीकरण
    5. भूखंड समीकरण बनाम समीकरण एक हिस्टैरिसीस की तरह ध्रुवीय प्राप्त करने के लिएization विकास साजिश (8 चित्रा में इनसेट देखें)।
    6. सामान्यीकृत क्षणिक आवृत्ति और के माध्यम से क्षणिक बिजली पारी की गणना:
      समीकरण
      समीकरण
    7. अनुनाद आवृत्ति में परिवर्तन प्लॉट समीकरण , प्रतिध्वनि सत्ता में परिवर्तन समीकरण और गुहा केंद्र आवृत्ति पर क्षणिक सत्ता में परिवर्तन समीकरण , के रूप में 10 चित्र में दिखाया गया है।

8. तीव्रता निर्भर डेटा सुइट

  1. ट्यून ब्याज की एक तरंग दैर्ध्य के लिए लेजर, धारा 2.2.5 में चुना गया है।
  2. अधिकतम करने के लिए लेजर शक्ति सेट करें।
  3. फाइबर से बाहर लेजर शक्ति को मापने।
  4. गुहा के लिए फाइबर कनेक्ट करें।
  5. एक भी TRMC क्षणिक प्राप्त के रूप में धारा 6 में उल्लिखित।
  6. लेजर और फाइबर के बीच कहीं भी एक एन डी फिल्टर डालें (या तो दो irises के बीच, या बस फाइबर युग्मक से पहले। एक फाइबर उत्पादन के साथ लेज़रों के लिए, एन डी फिल्टर फाइबर उत्पादन और गुहा ऑप्टिकल बंदरगाह के बीच रखा जाना चाहिए)।
  7. गणना और 6.1.5 में वर्णित के रूप में अवशोषित फोटॉनों की संशोधित संख्या रिकॉर्ड है।
  8. एक भी TRMC क्षणिक प्राप्त के रूप में धारा 6 में उल्लिखित।
    नोट: के रूप में क्षीणन बढ़ जाती है, यह औसत की संख्या में वृद्धि करने के लिए आवश्यक हो जाएगा।
  9. एन डी फिल्टर के रूप में कई संयोजन के लिए 8.6-8.8 दोहराएँ के रूप में की आवश्यकता है।
    नोट: तीव्रता निर्भरता अक्सर परिमाण के कई आदेशों में मनाया जाता है। उच्च शक्ति सीमा एक दिया तरंग दैर्ध्य में अधिकतम उत्पादन शक्ति लेजर द्वारा निर्धारित है। कम बिजली की सीमा का पता लगाने के लिए सेटअप की संवेदनशीलता द्वारा निर्धारित है।

9. वेवलेंथ निर्भर डेटा सुइट

नोट: ORD मेंविभिन्न तरंगदैर्य पर TRMC यात्रियों तुलना करने के लिए एर, लेजर प्रत्येक तरंग दैर्ध्य में calibrated किया जाना चाहिए इस तरह तो प्रेरित वाहक एकाग्रता निरंतर है।

  1. तरंग दैर्ध्य जो अधिकतम प्राप्त प्रेरित प्रभारी वाहक घनत्व एन वाहक सीमा निर्धारित करते हैं। इस लेजर शक्ति है कि तरंग दैर्ध्य में या नमूना के अवशोषण गुण के आधार पर उपलब्ध द्वारा सीमित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, जब तरंग दैर्ध्य में TRMC यात्रियों को मापने, ऊपर इंटर और उप bandgap शासन फैले, उप bandgap तरंग दैर्ध्य में कम अवशोषण अधिकतम वाहक घनत्व सीमित कर देगा।
  2. लेजर शक्ति का उपयोग करते हुए प्रत्येक तरंग दैर्ध्य में यह निरंतर संदर्भ वाहक घनत्व एन वाहक उत्पन्न करने के लिए आवश्यक की गणना:
    समीकरण
  3. ट्यून वांछित तरंगदैर्ध्य के लिए लेजर। 9.2 में मूल्य की गणना करने के लिए लेजर शक्ति सेट करें। गुहा के लिए फाइबर कनेक्ट करें। एक भी TRMC क्षणिक प्राप्त के रूप में उल्लिखितधारा 6 ब्याज की प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए दोहराएँ कदम 9.3।

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Representative Results

यहाँ प्रस्तुत प्रतिनिधि परिणाम एक 250 एनएम सीएच 3 राष्ट्रीय राजमार्ग 3 PBI 3 पतली फिल्म नमूना से प्राप्त किया गया।

चालकता की गतिशीलता समीकरण चार्ज वाहक की गतिशीलता के लिए संबंधित हो सकता है समीकरण के जरिए

समीकरण

यह सोचते हैं कि प्रभारी वाहक mobilities समीकरण कुछ ही समय में लगातार कर रहे हैं, कम से कम क्षय के timescale पर। इसके अलावा, शुरू में गठित चार्ज वाहक का कोई पुनर्संयोजन संभालने लेजर पल्स के दौरान होता है, अधिकतम (अंत नाड़ी) conductanc में बदलेंई के रूप में लिखा जा सकता है:

समीकरण
समीकरण

कहा पे समीकरण एक इलेक्ट्रॉन के प्रभारी है, समीकरण अधिकतम photoinduced प्रभारी वाहक घनत्व है, समीकरण नमूना पर फोटोन तीव्रता घटना है (फोटॉनों / 2 सेमी), समीकरण आंतरिक क्वांटम दक्षता और समीकरण घटना प्रकाश है एक दिया तरंग दैर्ध्य में अवशोषित के अंश, अवशोषण स्पेक्ट्रम से गणना की जा सकती है, जो (Figur देखनाई 1)। TRMC चोटी समीकरण इसलिए नमूना के आंतरिक (माइक्रोवेव) प्रभारी वाहक गतिशीलता से मेल खाती है।

यह ध्यान रखें कि उद्धृत चालकता फिल्म 14 के दौरान औसत चालकता है महत्वपूर्ण है, समीकरण । विवरण ऊपर नमूना है, जो एक बहुत कम ऑप्टिकल घनत्व के साथ नमूने के लिए मान्य है तो यह है कि आम तौर पर शक्ति का अपव्यय नमूना भर में एक समान है भर में एक समरूप photoinduced वाहक घनत्व मान लिया गया है। प्रेरित प्रभारी वाहक inhomogeneity (बीयर-लैम्बर्ट कानून के माध्यम से अनुमानित किया जा सकता है) photoinduced चालकता ढाल के विश्लेषण पेचीदा है, यह सही परिमाणीकरण को प्रभावित नहीं करता नहीं है समीकरण , के बाद से प्रवाहकत्त्व में कुल परिवर्तन इंडस्ट्रीज़ हैवाहक एकाग्रता ढाल के ependent। हालांकि, गैर वर्दी वाहक एकाग्रता नमूने में उच्च आदेश nonlinear प्रक्रियाओं को प्रभावित कर सकता है।

प्रत्यक्ष और एक स्तर के जाल की मध्यस्थता पुनर्संयोजन के साथ एक सामान्य मॉडल 7 नीचे दिखाया गया है।

समीकरण
समीकरण
समीकरण

कहा पे समीकरण इलेक्ट्रॉन छेद और जाल आबादी हैं, समीकरण पीढ़ी दर है, समीकरण bimolecular पुनर्संयोजन दर, फँसाने की दर और जाल r रहे हैंecombination क्रमशः दर। इस तरह के एक गाऊसी साधन प्रतिक्रिया समारोह के साथ जटिल ऊपर वर्णित एक के रूप में एक काइनेटिक मॉडल के साथ TRMC डेटा फिटिंग द्वारा, यह न केवल वाहक जन्मों और जाल घनत्व निर्धारित करते हैं, लेकिन यह भी प्रत्यक्ष और जाल की मध्यस्थता पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए संभव है। 7 चित्रा एक प्रतिनिधि फिट तालिका 1 में मापदंडों का उपयोग कर पता चलता है।

विशेष देखभाल फिट मापदंडों की विशिष्टता का निर्धारण करने में लिया जाना चाहिए। मानार्थ प्रयोगों timescales में से एक है (उदाहरण के समय का संकल्प लिया पीएल माप प्रत्यक्ष पुनर्संयोजन दर प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता मान्य करने के लिए किया जा सकता है, तो यह उपयोगी है।

एक क्षय पूंछ डेटा में मौजूद है, तो यह काफी लंबे समय सही इस पूंछ क्षय का प्रतिनिधित्व करने के लिए डेटा प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है: एक ही डेटा ढाले एक छोटी timescale di में परिणाम हो सकता है फसलीfferent timescales। कम तीव्रता क्षय पूंछ विशेष रूप से सही फिट करने के लिए करता है, तो पूंछ साधन के शोर मंजिल में गायब हो जाता है मुश्किल हो सकता है।

हमारे सेटअप के लिए, अस्थायी समाधान वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक, जिसके बारे में 60 एनएस की एक प्रतिक्रिया समय है की प्रतिक्रिया समय से सीमित है। यहाँ प्रस्तुत मापन के लिए क्यू कारक लगभग एक इसी गुहा प्रतिक्रिया समय के साथ, 150 के बारे में है। 7 एन एस। एक तेजी से प्रतिक्रिया समय (जैसे माइक्रोवेव डायोड और आस्टसीलस्कप) के साथ वैकल्पिक माइक्रोवेव का पता लगाने की व्यवस्था के लिए, गुहा जीवन भर अस्थायी समाधान सीमित कर सकता है।

TRMC क्षय के माइक्रोवेव आवृत्ति निर्भरता इसकी असली (चालकता) में जटिल चालकता और काल्पनिक (polarizability) घटकों deconstruct करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। 8 चित्रा, जांच माइक्रोवेव आवृत्ति के एक समारोह के रूप में लिया कच्चे TRMC निशान से पता चलता फैलेअंधेरे गुहा की गूंज वक्र भर में 23 आवृत्तियों। बाईं तरफ 3 प्रतिनिधि निशान (कच्चे डेटा) कर रहे हैं। ध्यान दें कि गूंज दूर ले जाया डेटा सकारात्मक या नकारात्मक पालियों साथ, एक विकृत क्षय प्रोफ़ाइल प्रदर्शित कर सकते हैं, या यहां तक ​​कि उल्टे हो जाते हैं। सही पर समय और आवृत्ति पी के एक समारोह के रूप में माइक्रोवेव शक्ति का एक 3 डी प्रतिनिधित्व है (टी, एफ)। = 0 टी में, TRMC आधार रेखा लोड गुहा की गूंज वक्र का पुनर्निर्माण किया। दोनों बिजली और परिलक्षित माइक्रोवेव की आवृत्ति में एक अधिक से अधिक पारी टी ≈ 7 μs (अंत नाड़ी) पर होता है।

अतिरिक्त photoinduced चार्ज वाहक का एक परिणाम के रूप में गुहा की गूंज वक्र में गतिशील पारी 9 चित्रा में दिखाया गया है। यह बदलाव या महत्वपूर्ण नहीं हो सकता है, सामग्री के ढांकता हुआ गुण के आधार पर (यानी अगर जटिल चालकता एक काल्पनिक घटक है या नहीं)। लाल निशान ले लिया TRMC निशान के आधार रेखा से खंगाला हैकई माइक्रोवेव जांच आवृत्तियों पर। यह पता लगाने के अंधेरे गुहा गूंज से मेल खाती है। नीले रंग का पता लगाने के अंत की नाड़ी TRMC एकाधिक आवृत्तियों पर लिया सत्ता से खंगाला है। इनसेट क्षय के दौरान गूंज सुनाई देती है आवृत्ति शक्ति बनाम का भ्रमण पता चलता है।

ध्रुवीकरण गतिशीलता प्रत्यक्ष और जाल की मध्यस्थता पुनर्संयोजन रास्ते के बीच भेद करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। चित्रा 10 चालकता के वास्तविक और काल्पनिक घटकों से योगदान में एक TRMC का पता लगाने के एक विखंडन से पता चलता है। लाल निशान TRMC डेटा एक निश्चित आवृत्ति पर लिया जाता है समीकरण , अंधेरे लोड गुहा के अनुनाद आवृत्ति। यह जटिल चालकता का एक विशिष्ट TRMC माप है। चालकता (गुंजयमान बिजली फिटिंग से प्राप्त) का असली भाग के क्षय हरे रंग का पता लगाने में साजिश रची है। ध्रुवीकरण (गूंज frequenc के क्षयy) नीले रंग में दिखाया गया है। ध्रुवीकरण क्षय चालकता क्षय की तुलना में काफी छोटा होता क्षय पूंछ दर्शाती है। इसका मतलब है कि लंबे समय में, चार्ज वाहक तो वे ध्रुवीकरण है, जो स्थानीय फंस राज्यों के माध्यम से क्षय के साथ संगत है के लिए कर रहे चालकता के लिए अधिक योगदान दे रहे हैं।

तस्वीर प्रेरित चार्ज वाहक के दूसरे क्रम बातचीत प्रभारी वाहक गतिशीलता की उत्तेजना तीव्रता निर्भरता के माध्यम से जांच की जा सकती है। 10 से 14 अवशोषित फोटॉनों / 2 सेमी - चित्रा 11A 10 से 12 से, परिमाण के दो आदेशों में फैले विभिन्न उत्तेजना तीव्रता पर 530 एनएम उत्तेजना में लिया TRMC निशान से पता चलता। TRMC निशान दो अलग timescales दिखा रहे हैं, दो अलग क्षय तंत्र की उपस्थिति का संकेत: तेजी से क्षय (जो 100 एनएस के आदेश पर होता है) प्रत्यक्ष पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं के लिए जिम्मेदार ठहराया है, जबकि लंबी पूंछ क्षय जाल की मध्यस्थता पुनर्संयोजन को जिम्मेदार ठहराया है।संकेत आम तौर पर लेजर शक्ति बढ़ रही है, गतिशीलता के साथ बढ़ जाती है समीकरण सीएच 3 राष्ट्रीय राजमार्ग 3 PBI 3 perovskite की बढ़ती उत्तेजना तीव्रता के साथ कम हो जाती है, के रूप में चित्रा 11b में दिखाया गया है। तीव्रता (और इसलिए वाहक घनत्व) निर्भरता उप रेखीय, उच्च आदेश क्षय प्रक्रियाओं की उपस्थिति का संकेत है।

प्रभारी घटना फोटॉन ऊर्जा (तरंगदैर्ध्य) पर वाहक क्षय रास्ते की निर्भरता चित्रा 12 में दिखाया गया है। 530, 750 और 780 की तरंग दैर्ध्य अवशोषण स्पेक्ट्रम (चित्रा 1) से निर्धारित रूप एनएम, ऊपर इंटर और उप bandgap शासन का प्रतिनिधित्व करने के लिए चुने गए हैं। इन तरंगदैर्य पर विभिन्न अवशोषण गुणांक खाते में ले रहा है, TRMC निशान लेजर शक्तियों जो 5 × 10 से 12 फोटॉनों / 2 सेमी की एक अवशोषित फोटॉन घनत्व में हुई पर ले जाया गयाप्रत्येक का पता लगाने के लिए। यह स्पष्ट है, जबकि क्षय timescales उत्तेजना तरंगदैर्ध्य से स्वतंत्र हैं, सुलभ जाल राज्यों (जो क्षय मार्ग लंबे क्षय पूंछ के लिए जिम्मेदार करने के लिए योगदान) की संख्या तो bandgap के करीब उन लोगों के लिए ऊपर बैंड अंतराल राज्यों के लिए बड़ा है।

आकृति 1
चित्रा 1: सीएच 3 राष्ट्रीय राजमार्ग 3 PBI 3 का अवशोषण स्पेक्ट्रम। अवशोषण स्पेक्ट्रम दोनों निर्धारित करने के लिए ब्याज की वर्णक्रम क्षेत्र है, साथ ही अवशोषित लेजर शक्ति की जांच के लिए प्रयोग किया जाता है। इस नमूने के bandgap पूंछ राज्यों 780 एनएम के विस्तार के साथ, के बारे में 750 एनएम है। ब्याज की तरंग दैर्ध्य शामिल हो सकते हैं: bandgap शासन (λ <700 एनएम), bandgap (λ = 750 एनएम) और पूंछ राज्य क्षेत्र (750 एनएम <λ <780 एनएम) के ऊपर है। कृप्यायह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2: जनरल TRMC प्रयोगात्मक योजनाबद्ध। एक नमूना एक माइक्रोवेव गुहा में रखा, ऑप्टिकल उत्तेजना स्थापना के माध्यम photoexcited जबकि माइक्रोवेव का पता लगाने circuitry के साथ जांच की जा रही है। लेजर माप तुल्यकालन के लिए एक ट्रिगर प्रदान करता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3: ऑप्टिकल सेटअप। एक tunable तरंगदैर्ध्य लेजर एक नमूना एक माइक्रोवेव गुहा में रखा में ऑप्टिकली उत्तेजित चार्ज वाहक करने के लिए प्रयोग किया जाता है। एक परवलयिक दर्पण एक ऑप्टिकल फाइबर में मुक्त अंतरिक्ष लेजर जोड़ी के लिए किया जाता है। तटस्थ घनत्व फिल्टर अच्छी तरह से calibrated लेजर शक्ति श्रृंखला प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। दो irises पार मुस्कराते हुए जो फाइबर आवरण को नुकसान पहुंचा सकता समाप्त करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4: माइक्रोवेव गुहा। शीर्ष सही: गुहा की तस्वीर। शीर्ष वाम: HFSS गुहा अनुकरण से पता चलता है कि बिजली के क्षेत्र में लगभग नमूना स्थिति पर वर्दी और अधिकतम है। नीचे: गुहा की मॉडल। माइक्रोवेव संक्षेप में एक छोटा सा छेद गुहा में ऑप्टिकल का उपयोग की अनुमति देता है। एक Teflon विसारक नमूना पर प्रकाश घटना सुनिश्चित करने के लिए प्रयोग किया जाता है स्थानिक एक समान है। नमूना अधिकतम बिजली क्षेत्र की स्थिति पर एक Teflon नमूना धारक में रखा गया है। एक आईरिस गुहा के सामने के छोर को परिभाषित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। एक ट्यूनिंगपेंच गुहा के क्यू कारक अनुकूलन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5: माइक्रोवेव का पता लगाने के लिए योजनाबद्ध। एक वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक दोनों एक माइक्रोवेव स्रोत के रूप में और एक बुद्धि डिटेक्टर के रूप में प्रयोग किया जाता है। एक उत्तेजना हाथ और एक का पता लगाने के हाथ: उत्पादन माइक्रोवेव शक्ति दो रास्तों में विभाजित है। माइक्रोवेव उत्तेजना एक गुहा, जहां यह एक नमूना के साथ सूचना का आदान प्रदान में एक फैलानेवाला से होकर गुजरता है। परिलक्षित माइक्रोवेव बिजली डिटेक्टर प्रवेश करने से पहले एक एम्पलीफायर में फैलानेवाला से होकर गुजरता है। संकेत दो में विभाजित है, और आधा मूल माइक्रोवेव संकेत चरण 90 डिग्री से स्थानांतरित कर दिया साथ मिलाया जाता है मूल माइक्रोवेव संकेत (IN चरण संकेत मैं उपज) और अन्य आधे के साथ मिलाया जाता है (उपजसंकेत क्यू के वर्ग निकालना घटक)। अंत में, संकेत के आयाम के माध्यम से गणना की है समीकरण

वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक, दोनों इस समय क्षेत्र में (प्राप्त करने के लिए TRMC एक निश्चित आवृत्ति पर निशान) और आवृत्ति डोमेन (एक स्थिर राज्य S21 गुहा प्रतिबिंब की अवस्था प्राप्त करने के लिए) में इस्तेमाल किया जा सकता गुहा पर लोड बदलने के बिना। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
चित्रा 6: लोड गुहा की गूंज वक्र। एक रैखिक पैमाने गूंज वक्र गुहा संवेदनशीलता पहलू की गणना करने के लिए प्रयोग किया जाता है। Lorentzian फिट (नीला) अनुनाद आवृत्ति को निकालने के लिए प्रयोग किया जाता है, FWHM बैंडविड्थ और न्यूनतम परिलक्षित शक्ति आर यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
चित्रा 7: स्तोत्र के साथ फिट। सामान्यीकृत TRMC का पता लगाने, एक काइनेटिक मॉडल एक गाऊसी साधन प्रतिक्रिया समारोह प्रत्यक्ष और जाल की मध्यस्थता पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं का वर्णन के साथ जटिल साथ फिट। डेटा एक कम आयाम पूंछ क्षय के अस्तित्व को उजागर करने के लिए एक लॉग-लॉग भूखंड पर दिखाया गया है। लेजर पल्स टी ≈ 7 × 10 -6 रों पर होता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

फिट पैरामीटर कश्मीर 2 (सेमी -1) कश्मीर टी (सेमी 3 एस -1) कश्मीर आर (सेमी 3 एस -1) एन टी (सेमी 3)
मूल्य 6.50 × 10 -10 7.90 × 10 -8 1.10 × 10 -9 1.60 × 10 16

तालिका 1: पैरामीटर्स फिटिंग। TRMC का पता लगाने के फिट मापदंडों 6.4 x 10 14 के साथ 530 एनएम उत्तेजना में लिया अवशोषित पीएच / 2 सेमी।

आंकड़ा 8
8 चित्रा: माइक्रोवेव आवृत्ति श्रृंखला। कच्चे TRMC निशान जांच माइक्रोवेव आवृत्ति के एक समारोह के रूप में लिया, अंधेरे गुहा की गूंज वक्र भर में 23 आवृत्तियों फैले। बाईं तरफ 3 प्रतिनिधि निशान (कच्चे डेटा) कर रहे हैं। पर सही समय और आवृत्ति पी के एक समारोह के रूप में माइक्रोवेव शक्ति का एक 3 डी प्रतिनिधित्व है (टी, एफ)। एक टी = 0, TRMC आधार रेखा लोड गुहा की गूंज वक्र का पुनर्निर्माण किया। टी ≈ 7 μs (अंत नाड़ी) में, वहाँ प्रतिध्वनि की अवस्था में एक स्पष्ट बदलाव है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा
चित्रा 9: photoinduced गुहा गूंज पाली। अनुनाद घटता TRMC से खंगाला के बाद (नीला) रोशनी से पहले (लाल) और सिर्फ निशान। अनुनाद वक्र बदलाव दोनों आयाम में (असली चालकता में परिवर्तन) और आवृत्ति में (काल्पनिक चालकता में परिवर्तन)। इनसेट क्षय के दौरान आवृत्ति बनाम गुंजयमान शक्ति के विकास पटरियों। जेपीजी "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 10
चित्रा 10: बनाम काल्पनिक चालकता वास्तविक के क्षय गतिशीलता। लाल ट्रेस एक निश्चित आवृत्ति एफ सी में लिया TRMC डेटा है, अंधेरे से भरी हुई गुहा के अनुनाद आवृत्ति। हरे रंग का पता लगाने के अनुनाद आवृत्ति पर सत्ता में परिवर्तन, फिटिंग से प्राप्त की है। नीले रंग का पता लगाने के समय के एक समारोह के रूप में अनुनाद आवृत्ति में परिवर्तन है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

11 चित्रा
चित्रा 11: तीव्रता श्रृंखला। वाम: नमूना गतिशीलता की तीव्रता निर्भरता लेस / ftp_upload / 55232 / 55232eq74.jpg "/> 530 और 780 के बीच विभिन्न उत्तेजना तरंग दैर्ध्य में लिया एनएम अधिकार:।।। TRMC यात्रियों लेजर शक्ति के एक समारोह के रूप में लिया एन डी फिल्टर एक ज्ञात राशि से लेजर शक्ति attenuate करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं तीव्रता अवशोषित फोटॉनों / 2 सेमी की संख्या से मेल खाती है। लेजर पल्स टी ≈ 7 × 10 -6 रों पर होता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 12
चित्रा 12: वेवलेंथ श्रृंखला। सामान्यीकृत TRMC के 5 × 10 से 12 एक निश्चित फोटॉन घनत्व में लिया निशान 530, 750 और 780 एनएम का उत्तेजना तरंग दैर्ध्य में अवशोषित फोटॉनों / 2 सेमी। लेजर पल्स टी ≈ 7 × 10 -6 रों पर होता है।/ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55232/55232fig12large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

TRMC तकनीक photoinduced प्रभारी वाहक गतिशीलता के बारे में जानकारी का खजाना प्रदान कर सकते हैं, वहीं इस चालकता के एक अप्रत्यक्ष माप है, और इसलिए जरूरत है जब परिणामों की व्याख्या करने के लिए ले जाया जा परवाह है। TRMC तकनीक कुल गतिशीलता के उपाय, और इलेक्ट्रॉन और छेद mobilities के बीच भेद करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है। अंतर्निहित धारणा है कि चालकता परिलक्षित शक्ति में बदलने के लिए आनुपातिक है रखती है केवल जब कि परिवर्तन छोटे (<5%) 16 है। इसके अलावा, अगर क्षय दौरान अनुनाद आवृत्ति में बदलाव बड़ी है, तो कुल (जटिल) चालकता डेटा का विश्लेषण किया जा सकता से पहले अपने वास्तविक और काल्पनिक घटकों में deconstructed करना होगा। TRMC तकनीक निरंतर ढांकता हुआ है, जो विद्युत चालकता से लेकिन यह भी ढांकता हुआ नुकसान से द्विध्रुवीय पुनरभिविन्यास के कारण न केवल योगदान हो सकता है की काल्पनिक भाग में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील है। इस तकनीक को अलग करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता हैइन दो तंत्र के बीच, और हम यहाँ मान लेते हैं कि विद्युत चालकता काल्पनिक निरंतर ढांकता हुआ है, जो क्रिस्टलीय सामग्री के लिए एक अच्छी धारणा है प्रमुख योगदान है, लेकिन समाधान में नमूने के लिए मान्य नहीं हो सकता है।

आदेश के बजाय निरपेक्ष रिश्तेदार माप प्राप्त करने के लिए, TRMC तकनीक व्यापक अंशांकन की आवश्यकता है। विशेष रूप से, औजार ऑप्टिकल सेटअप अवशोषित फोटॉनों निर्धारित करने के लिए / घटना फोटॉनों सटीक mobilities प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है। सिद्धांत रूप में, यह तरल या पाउडर के नमूने पर मात्रात्मक TRMC उपयोग करना संभव है; हालांकि इन नमूनों के अवशोषण की सटीक लक्षण वर्णन के लिए मुश्किल हो सकता है।

गुहा संवेदनशीलता कारक की जांच के लिए भी मुश्किल हो सकता है अगर ढांकता हुआ निरंतर समीकरण सामग्री की अज्ञात है। इस मामले में, गुहा संवेदनशीलता refl मॉडलिंग से या तो प्राप्त किया जाना चाहिएएक उच्च आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय सिम्युलेटर 1, 14 का उपयोग कर, या एक पतली (<1 माइक्रोन) अंशांकन नमूना है जो परीक्षण के तहत नमूने के रूप में गुहा पर एक समान लोड हो रहा है का उपयोग कर गुहा के ection मापदंडों। गुहा संवेदनशीलता नहीं मापा जा सकता है, यह सार्थक रिश्तेदार माप प्राप्त (तीव्रता या तरंग दैर्ध्य के एक समारोह के रूप में जैसे) और गतिशील जानकारी निकालने के लिए संभव है।

एसी गतिशीलता माप परिमाण डीसी माप (TOF) उड़ान के समय या फोटो-CELIV माप के रूप में ज्यादा से प्राप्त उन लोगों की तुलना में अधिक के कई आदेशों हो सकता है। उदाहरण के लिए, बहुलक matrices के डीसी गतिशीलता अंतर-श्रृंखला परिवहन का प्रभुत्व है, परिमाण TRMC 17 का उपयोग कर प्राप्त तुलना में छोटी की एक गतिशीलता के आदेश के लिए अग्रणी। इसका कारण यह है डीसी माप एक डिवाइस के माध्यम से एक प्रभावी गतिशीलता उपज है, जबकि एसी mobilities सामग्री के आंतरिक mobilities कर रहे हैं, से अप्रभावितसामग्री संपर्क बातचीत, या बड़े ड्राइविंग वोल्टेज के कारण चार्ज वाहक के थर्मल बहाव वेग के perturbations। डीसी और एसी गतिशीलता माप फोटोवोल्टिक या विद्युत luminescent उपकरणों के माध्यम से प्रभारी परिवहन जांच करने के लिए मिलकर में इस्तेमाल किया जा सकता है: TRMC माप आंतरिक प्रभारी वाहक परिवहन तंत्र को स्पष्ट, डीसी माप एक डिवाइस में सामग्री का प्रमुख परिवहन तंत्र की पहचान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

TRMC प्रयोग करने के लिए एक बहुत ही उपयोगी विस्तार एक समय का संकल्प लिया photoluminescence सेटअप के अलावा प्रत्यक्ष पुनर्संयोजन के माध्यम से चार्ज वाहक के क्षय की निगरानी है। इस तरह, पीएल माप असंदिग्ध रूप से अन्य क्षय तंत्र है जो TRMC क्षय योगदान से प्रत्यक्ष पुनर्संयोजन मार्ग भेद, और काफी फिटिंग प्रक्रिया में तेजी लाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

वहाँ TRMC तकनीक के लिए कई विस्तार कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, फील्ड TRMC प्रेरित है, जो TRMC measu मेंrements एक बिजली के क्षेत्र पूर्वाग्रह जो वाहकों के एक स्थिर राज्य इंजेक्शन उपलब्ध कराने के तहत एक डिवाइस पर प्रदर्शन कर रहे हैं, इस उपकरण में 18 में इंटरफेसियल जाल साइटों की जांच के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

TRMC तकनीक की सीमाओं से कुछ कई नमूनों की तुलना द्वारा दूर किया जा सकता है।

उदाहरण जबकि एक भी TRMC माप इलेक्ट्रॉन और छेद mobilities के बीच भेद नहीं कर सकते के लिए, यह एक नमूना एक इलेक्ट्रॉन में रखा के साथ एक स्वच्छ नमूना तुलना या 3 परत को स्वीकार छेद करने के लिए संभव है। इसके अतिरिक्त, TRMC, सतह या थोक जाल के बीच भेद करने के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता लेकिन यह unpassivated तुलना करने के लिए संभव है बनाम passivated नमूने जाल की मध्यस्थता क्षय की प्रक्रिया से 6 सतह जाल के योगदान को निर्धारित करने के लिए। वैकल्पिक रूप से, बढ़ती मोटाई के साथ पतली फिल्मों की एक श्रृंखला है कि अगर वहाँ जाल घनत्व पर एक सतह / मात्रा अनुपात निर्भरता है निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hellmanex III detergent Sigma Aldrich
www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/z805939?lang=en&region=AU
Z805939 Corrosive and toxic. See SDS.
Lead(II) iodide (99%) Sigma Aldrich
www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/211168?lang=en&region=AU
211168 Toxic. See SDS.
Anhydrous dimethylformamide (99.8%) Sigma Aldrich
www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/227056?lang=en&region=AU
227056 Toxic. See SDS.
Anhydrous dimethylsulfoxide (99.9%) Sigma Aldrich
www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/276855?lang=en&region=AU
276855 Toxic. See SDS.
Anhydrous 2-Propanol (99.5%) Sigma Aldrich
www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/278475?lang=en&region=AU&gclid=
COnlgPaw780CFQZvvAod17EA4Q
278475
Methylammonium iodide Dyesol
www.dyesol.com/products/dsc-materials/perovskite-precursors/methylammonium-iodide.html
MS101000 Also sold by Sigma Aldrich
Poly(methyl methacrylate) Sigma Aldrich 445746
Anhydrous chlorobenzene (99.8%) Sigma Aldrich
www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/445746?lang=en&region=AU
284513 Toxic. See SDS.
Equipment Company Model Comments/Description
UV-VIS-NIR spectrophotometer Perkin-Elmer  Lambda 900
Profilometer Veeco Dektak 150
Vector Network Analyzer Keysight
www.keysight.com/en/pdx-x201927-pn-N9918A/fieldfox-handheld-microwave-analyzer-265-ghz?cc=US&lc=eng
Fieldfox N9918A
Tunable wavelength laser Opotek
www.opotek.com/product/opolette-355
Opolette 355
Neutral density filters Thorlabs
www.thorlabs.hk/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3193
NUK01
Power meter Thorlabs
www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=PM100D
PM100D
Power sensor Thorlabs
www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=S401C
S401C
Cavity Custom built The cavity used in for this experiment was designed and built in-house.

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References

  1. Park, J., Reid, O. G., Blackburn, J. L., Rumbles, G. Photoinduced spontaneous free-carrier generation in semiconducting single-walled carbon nanotubes. Nat. Comm. 6, (8809), (2015).
  2. Dicker, G., de Haas, M. P., Siebbeles, L. D., Warman, J. M. Electrodeless time-resolved microwave conductivity study of charge-carrier photogeneration in regioregular poly (3-hexylthiophene) thin films. Phys. Rev. B. 70, (4), 045203 (2004).
  3. Oga, H., Saeki, A., Ogomi, Y., Hayase, S., Seki, S. Improved understanding of the electronic and energetic landscapes of perovskite solar cells: high local charge carrier mobility, reduced recombination, and extremely shallow traps. J. Am. Chem. Soc. 136, (39), 13818-13825 (2014).
  4. Ponseca, C. S. Jr, et al. Organometal halide perovskite solar cell materials rationalized: ultrafast charge generation, high and microsecond-long balanced mobilities, and slow recombination. J. Am. Chem. Soc. 136, (14), 5189-5192 (2014).
  5. Guse, J. A., et al. Spectral dependence of direct and trap-mediated recombination processes in lead halide perovskites using time resolved microwave conductivity. Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 12043-12049 (2016).
  6. Kunst, M., Abdallah, O., Wünsch, F. Passivation of silicon by silicon nitride films. Solar energy materials and solar cells. 72, (1-4), 335-341 (2002).
  7. Hutter, E. M., Eperon, G. E., Stranks, S. D., Savenije, T. J. Charge Carriers in Planar and Meso-Structured Organic-Inorganic Perovskites: Mobilities, Lifetimes and Concentrations of Trap States. J. Phys. Chem. Lett. 6, (15), 3082-3090 (2015).
  8. Cosme, I., et al. Lifetime assessment in crystalline silicon: From nanopatterned wafer to ultra-thin crystalline films for solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 135, 93-98 (2015).
  9. Katoh, R., Furube, A., Yamanaka, K. I., Morikawa, T. Charge separation and trapping in N-doped TiO2 photocatalysts: A time-resolved microwave conductivity study. J. Phys. Chem. Lett. 1, (22), 3261-3265 (2010).
  10. Colbeau-Justin, C., Valenzuela, M. A. Time-resolved microwave conductivity (TRMC) a useful characterization tool for charge carrier transfer in photocatalysis: a short review. Revista mexicana de física. 59, (3), 191-200 (2013).
  11. Luna, A. L., et al. Synergetic effect of Ni and Au nanoparticles synthesized on titania particles for efficient photocatalytic hydrogen production. Applied Catalysis B: Environmental. 191, 18-28 (2016).
  12. Ferguson, A. J., Kopidakis, N., Shaheen, S. E., Rumbles, G. Quenching of excitons by holes in poly (3-hexylthiophene) films. J. Phys. Chem. C. 112, (26), 9865-9871 (2008).
  13. Ferguson, A. J., Kopidakis, N., Shaheen, S. E., Rumbles, G. Dark carriers, trapping, and activation control of carrier recombination in neat P3HT and P3HT: PCBM blends. J. Phys. Chem. C. 115, (46), 23134-23148 (2011).
  14. Savenije, T. J., Ferguson, A. J., Kopidakis, N., Rumbles, G. Revealing the Dynamics of Charge Carriers in Polymer:fullerene Blends Using Photoinduced Time-Resolved Microwave Conductivity. J. Phys. Chem. C. 117, (46), 24085-24103 (2013).
  15. Xiao, Z., et al. Efficient, high yield perovskite photovoltaic devices grown by interdiffusion of solution-processed precursor stacking layers. Energy Environ. Sci. 7, (8), 2619-2623 (2014).
  16. Infelta, P. P., De Haas, M. P., Warman, J. M. The study of the transient conductivity of pulse irradiated dielectric liquids on a nanosecond timescale using microwaves. Radiat. Phys. Chem. 10, (5-6), 353-365 (1977).
  17. Saeki, A., Seki, S., Sunagawa, T., Ushida, K., Tagawa, S. 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). Philosophical Magazine. 86, (9), 1261-1276 (2006).
  18. Choi, W., Miyakai, T., Sakurai, T., Saeki, A., Yokoyama, M., Seki, S. Non-contact, non-destructive, quantitative probing of interfacial trap sites for charge carrier transport at semiconductor-insulator boundary. Appl. Phys. Lett. 105, (3), 033302 (2014).

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