Рекомбинация Динамика в тонкопленочных фотоэлектрических материалов с помощью времяразрешенные СВЧ проводимости

Флэш-фотолиз с временным разрешением СВЧ проводимости (FP-TRMC) отслеживает динамику фотовозбужденных носителей заряда на нс-мкс масштабе времени, что делает его идеальным инструментом для исследования процессов рекомбинации носителей заряда. Понимание механизмов распада фотоиндуцированных носителей заряда в тонких полупроводниковых пленок имеет ключевое значение в ряде приложений, включая оптимизацию фотоэлектрического устройства. Индуцированные времена жизни носителей зачастую являются функциями от наведенной плотности носителей, длины волны возбуждения, подвижности, плотности ловушек и скорость захвата. Эта статья демонстрирует универсальность техники Time Resolved СВЧ проводимости (TRMC) для исследования широкого спектра носителей динамических зависимостей (интенсивность, длина волны, СВЧ) и их интерпретации.

Фотогенерированных заряды могут изменить как для действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости материала, в зависимости от их мобильности и degre е удержания / локализации ^1. Проводимость материала пропорциональна его комплексной диэлектрической проницаемости

где частота электрического поля СВЧ, а также действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости. Таким образом, реальная часть проводимости связана с мнимой частью диэлектрической проницаемости, и могут быть отображены на СВЧ поглощения, а мнимая часть проводимости (в дальнейшем именуемой поляризации) связано с переходом в резонансной частоте СВЧ поля ^1.

т "> TRMC имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами. Например, измерения фотопроводимости DC страдают от целого ряда осложнений, возникающих от контакта материала с электродами. Enhanced рекомбинации на границе раздела электрод / материала, обратно инъекции зарядов через этот интерфейс, а также как повышенная диссоциации экситонов и геминальных пар за счет приложенного напряжения ² все это может привести к искажениям в измеренных подвижностей носителей и жизни. в противоположность этому , TRMC представляет собой метод безэлектродного который измеряет внутреннюю подвижность носителей без искажений из – за переноса заряда через контакты ,

Существенным преимуществом использования микроволновой мощности в качестве зонда для динамики носителей является то, что, а также наблюдение за время жизни распада носителей заряда, механизмов распада / пути могут также быть исследованы.

TRMC могут быть использованы для определения общей подвижности ³ и жизнь⁴ Время индуцированных носителей заряда. Эти параметры могут быть затем использованы для различения между прямыми и TRAP-опосредованной механизмов рекомбинации ^{3, 5.} Зависимость этих двух отдельных путей распада могут быть количественно проанализированы в зависимости от концентрации носителей ^{3, 5} и энергии возбуждения / длина волны ^5. Локализация / удержание индуцированных носителей может быть исследована путем сравнения распад проводимости против поляризуемости ⁵ (воображаемой против действительной части диэлектрической проницаемости).

Кроме того, и, возможно, самое главное, TRMC могут быть использованы для характеристики состояния ловушки, которые действуют как пути распада носителей заряда. Поверхностные ловушки, например, можно отличить от объемных ловушек путем сравнения хроматированные против непассивированных образцов ^6. Sub зонный состояний можетбыть непосредственно исследованы с помощью энергии возбуждения к югу от ширины запрещенной зоны ^5. Плотность ловушек может быть выведена путем подгонки данных TRMC ^7.

Благодаря универсальности этой техники, TRMC был применен для изучения широкого спектра материалов , в том числе: традиционные тонких полупроводниковых пленок , таких как кремний ^{6, 8} и TiO ₂ ^{9, _10,} наночастицы ^11, нанотрубками ^1, органические полупроводники ^12, материал смеси ^{13, 14,} и гибридные фотогальванические материалы ^{3, 4, 5.}

Для того, чтобы получить количественную информацию, используя TRMC, крайне важно, чтобы иметь возможность точно определить количествопоглощенных фотонов для данного оптического возбуждения. Поскольку методы количественной оценки поглощения тонких пленок, наночастиц, растворов и непрозрачных образцов различаются, методы подготовки и калибровки образца, представленные здесь, предназначены специально для тонких пленочных образцов. Тем не менее, протокол измерения TRMC представлены носит весьма общий характер.