Rekombinationsdynamik in Dünnschicht-Photovoltaik-Materialien über zeitaufgelöste Mikrowellenleitfähigkeit

Blitz Photolyse zeitaufgelöste Mikrowellenleitfähigkeit (FP-TRMC) überwacht Dynamik des photoangeregten Ladungsträger auf der ns-us Zeitplan, es ein ideales Werkzeug für die Untersuchung machen Rekombinationsprozessen Ladungsträger. die Zerfallsmechanismen von photoinduzierten Ladungsträger in der Dünnschicht-Halbleiter zu verstehen, ist von zentraler Bedeutung in einer Reihe von Anwendungen, einschließlich Photovoltaik-Einrichtung Optimierung. Die induzierten Trägerlebensdauern sind oft Funktionen der induzierten Ladungsträgerdichte, Anregungswellenlänge, Mobilität, Fallendichte und -Auffangrate. Dieses Papier zeigt die Vielseitigkeit des Time Resolved Mikrowelle Leitfähigkeit (TRMC) Technik für ein breites Spektrum von Träger dynamischen Abhängigkeiten zu untersuchen (Intensität, Wellenlänge, Mikrowellenfrequenz) und deren Interpretationen.

Photogenerierten Ladungen zu verändern sowohl die realen und die imaginären Teile der Dielektrizitätskonstante eines Materials in Abhängigkeit von ihrer Mobilität und degre e der Entbindung / Lokalisierung ^1. Die Leitfähigkeit eines Materials ist proportional zu seiner komplexen Dielektrizitätskonstante

woher ist die Frequenz eines elektrischen Mikrowellenfeldes, und sind die Real- und Imaginärteile der Dielektrizitätskonstante. Somit wird der Realteil der Leitfähigkeit der Imaginärteil der Dielektrizitätskonstante bezogen und kann auf Mikrowellenabsorption abgebildet werden, während der Imaginärteil der Leitfähigkeit (nachfolgend bezeichnet als Polarisations) zu einer Verschiebung in der Resonanzfrequenz in Beziehung steht des Mikrowellenfeldes ^1.

t "> bietet TRMC mehrere Vorteile gegenüber anderen Techniken. Zum Beispiel DC Photoleitfähigkeitsmessungen leiden an einer Reihe von Komplikationen durch Inkontaktbringen des Materials mit Elektroden. Verbesserte Rekombination an der Elektrode / Material-Grenzfläche, Rücken Injektion von Ladungen durch diese Schnittstelle entstehen, sowie als verstärkte Dissoziation von Exzitonen und geminate Paare aufgrund der angelegten Spannung ² führen zu Verzerrungen in den gemessenen Ladungsträgerbeweglichkeiten und Lebensdauern. im Gegensatz dazu ist TRMC eine elektrodenlose Technik , die die intrinsische Mobilität der Ladungsträger ohne Verzerrungen aufgrund von Ladungstransfer über die Kontakte misst .

Ein wesentlicher Vorteil der Mikrowellenleistung als Sonde für die Ladungsträgerdynamik besteht darin, dass, wie auch die Zerfalls Lebensdauer der Ladungsträger Überwachung, Verfall Mechanismen / Wege auch untersucht werden können.

TRMC kann die gesamte Mobilität ³ und das Leben zu bestimmen , verwendet werden ,Zeit ⁴ von induzierten Ladungsträger. Diese Parameter können anschließend verwendet werden , um zwischen direkten und trap-vermittelte Rekombination Mechanismen ^{3, 5} zu unterscheiden. Die Abhängigkeit dieser beiden getrennten Zerfallswege kann quantitativ als Funktion der Trägerdichte ^{3, 5} und Anregungsenergie / Wellenlänge ⁵ analysiert werden. Die Lokalisierung / Confinement induzierter Träger kann durch Vergleich des Zerfalls der Leitfähigkeit vs Polarisierbarkeit ⁵ (imaginärer vs Realteil der Dielektrizitätskonstanten) untersucht werden.

Darüber hinaus und vielleicht am wichtigsten ist, können TRMC verwendet werden Trap-Staaten zu charakterisieren, die als Ladungsträger Zerfallswege wirken. Oberflächenfallen, beispielsweise durch einen Vergleich ⁶ vs unpassivierten Proben passiviert von bulk Fallen unterscheiden. Sub-Bandgap-Staaten könnendirekt ⁵ Anregung Unter Bandgap Energien untersucht werden. Trap – Dichten können durch den Einbau TRMC Daten ⁷ abgeleitet werden.

₂ herkömmliche Dünnfilm – Halbleitern wie Silizium ^{6, 8} und TiO ^{9, _10,} Nanopartikel ^{11, 1,} Nanoröhrchen organische Halbleiter ^12, Materialmischungen: Aufgrund der Vielseitigkeit dieser Technik wurde TRMC eine Vielzahl von Materialien , einschließlich studieren angewendet ^{13, 14,} und Hybrid photovoltaischen Materialien ^{3, 4, 5.}

Um quantitative Informationen unter Verwendung TRMC zu erhalten, ist es von entscheidender Bedeutung zu können genau die Nummer zu bestimmen,der absorbierten Photonen für eine gegebene optische Anregung. Da Verfahren zur von dünnen Filmen, Nanopartikel, Lösungen und opaken Proben unterscheiden, die Probenvorbereitung und Kalibrierungstechniken hier vorgestellt werden speziell für Dünnfilmproben quantifizieren Absorption. Allerdings stellte das TRMC Messprotokoll ist sehr allgemein gehalten.