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

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 e de confinamento / localização ^1. A condutividade de um material é proporcional à sua constante dieléctrica complexa

Onde é a frequência de um campo elétrico microondas, e 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 "> 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.