Recombinatie Dynamiek in dunne-film Photovoltaic Materials via Tijdopgeloste Magnetron geleidbaarheid

Flash-fotolyse-time opgelost magnetron geleidbaarheid (FP-TRMC) houdt toezicht op de dynamiek van de foto-enthousiast ladingdragers op het ns-microseconde tijdschaal, waardoor het een ideaal hulpmiddel voor het onderzoeken van ladingsdragers recombinatie processen. Het begrijpen van de mechanismen van verval fotogeïnduceerde ladingsdragers in halfgeleiders dunne film is van cruciaal belang in een aantal toepassingen, waaronder fotovoltaïsche inrichting optimalisatie. De geïnduceerde carrier levens zijn vaak functies van geïnduceerde carrier dichtheid, excitatiegolflengte, mobiliteit, val dichtheid en de vangst tarief. Deze paper toont de veelzijdigheid van de tijdsopgeloste Microwave geleidbaarheid (TRMC) techniek voor het onderzoeken van een breed scala van carrier dynamische afhankelijkheden (intensiteit, golflengte, magnetron frequentie) en hun interpretaties.

Photogenerated kosten kunnen wijzigen om zowel de reële en imaginaire delen van de diëlektrische constante van een materiaal, afhankelijk van hun mobiliteit en degre e van de bevalling / lokalisatie ^1. De geleidbaarheid van een materiaal is evenredig aan de complexe diëlektrische constante

waar is de frequentie van een microgolf elektrisch veld, en zijn de reële deel van de diëlektrische constante. Zo wordt het reële deel van de geleidbaarheid met betrekking tot het imaginaire deel van de diëlektrische constante, en kan worden naar magnetron absorptie, terwijl het imaginaire deel van de geleidbaarheid (hierna afgekort als polarisatie) houdt verband met een verschuiving van de resonantiefrequentie van het microgolfveld ^1.

t "> TRMC biedt verscheidene voordelen boven andere technieken. Bijvoorbeeld, DC fotoconductiviteit metingen lijden aan diverse complicaties van contact brengen van het materiaal met elektroden. Verbeterde recombinatie aan de elektrode / materiaal interface terug injecteren van ladingen via deze interface, en verbeterde dissociatie van excitonen en geminate paren als gevolg van de aangelegde spanning ² allemaal leiden tot verstoringen in de gemeten mobiliteiten en levens. in tegenstelling TRMC is een elektrodeloze techniek die de intrinsieke mobiliteit van de dragers meet zonder vervormingen als gevolg van de overdracht aan de overkant van de contacten op te laden .

Een belangrijk voordeel van microgolfvermogen als een probe voor carrier dynamics is dat naast het controleren van verval levensduur van ladingsdragers, bederf instrumenten / routes kunnen ook worden onderzocht.

TRMC kan worden gebruikt om het totale mobiliteit ³ en leven bepalentijd ⁴ van geïnduceerde ladingsdragers. Deze parameters kunnen vervolgens worden gebruikt om onderscheid te maken tussen directe en val bemiddelde recombinatie mechanismen ^{3, 5.} De afhankelijkheid van deze twee afzonderlijke paden verval kan kwantitatief worden geanalyseerd als functie van ladingsdichtheid ^{3, 5} en excitatie-energie / golflengte ^5. De lokalisatie / opsluiting van geïnduceerde dragers kan worden onderzocht door het vergelijken van het verval van de geleidbaarheid versus polariseerbaarheid ⁵ (imaginaire vs reële deel van de diëlektrische constante).

Bovendien, en misschien nog belangrijker, TRMC kan worden gebruikt te controleren toestanden die als ladingsdrager verval pathways karakteriseren. Oppervlak vallen, bijvoorbeeld, kunnen worden onderscheiden van bulk vallen door vergelijking gepassiveerd vs gepassiveerde monsters ^6. Sub-bandgap staten kunnenrechtstreeks onderzocht met behulp van sub-bandgap excitatie-energie ^5. Trap dichtheden kan worden afgeleid door het aanbrengen TRMC gegevens ^7.

Door de veelzijdigheid van deze techniek is TRMC toegepast op een groot aantal materialen zoals studeren: traditionele dunne film halfgeleiders zoals silicium ^{6, 8} en TiO ₂ ^{9, _10,} nanodeeltjes ^11, nanobuizen ^1, organische halfgeleiders ^12, materieel mengsels ^{13, 14,} en hybride fotovoltaïsche materialen ^{3, 4, 5.}

Teneinde kwantitatieve informatie met behulp TRMC verkrijgen, is het cruciaal om nauwkeurig te kunnen bepalen het aantalgeabsorbeerde fotonen voor een bepaalde optische excitatie. Aangezien methoden voor het kwantificeren van de absorptie van dunne films, nanodeeltjes, oplossingen en ondoorzichtige monsters verschillen, worden de monstervoorbereiding en calibratietechnieken hier gepresenteerde speciaal ontworpen voor dunne film monsters. De TRMC meetprotocol gepresenteerd is zeer algemeen.