La recombinación Dinámica de capa fina en materiales fotovoltaicos a través de conductividad de microondas resuelta en el tiempo

Flash fotólisis conductividad de microondas resuelta en el tiempo (FP-TRMC) monitorea la dinámica de los portadores de carga foto-excitada en la escala de tiempo ns-mu s, lo que lo convierte en una herramienta ideal para la investigación de los procesos de recombinación de portadores de carga. La comprensión de los mecanismos de desintegración de los portadores de carga foto-inducida en los semiconductores de película delgada es de importancia clave en una variedad de aplicaciones, incluyendo la optimización del dispositivo fotovoltaico. Los tiempos de vida de soporte inducidos son a menudo las funciones de densidad inducida portadora, onda de excitación, la movilidad, la densidad de trampas y la tasa de atrapar. En este trabajo se demuestra la versatilidad de la técnica de resolución temporal Microondas Conductividad (TRMC) para la investigación de una amplia gama de dependencias portadoras dinámicas (intensidad, longitud de onda, frecuencia de microondas) y sus interpretaciones.

cargos fotogenerada puede modificar tanto a la real y la parte imaginaria de la constante dieléctrica de un material, en función de su movilidad y degre e de confinamiento / localización ^1. La conductividad de un material es proporcional a su constante dieléctrica compleja

dónde es la frecuencia de un campo eléctrico de microondas, y son las partes real e imaginaria de la constante dieléctrica. Por lo tanto, la parte real de la conductividad está relacionado con la parte imaginaria de la constante dieléctrica, y se puede corresponder con absorción de microondas, mientras que la parte imaginaria de la conductividad (en adelante denominada polarización) está relacionado con un cambio en la frecuencia de resonancia del campo de microondas ^1.

t "> TRMC ofrece varias ventajas sobre otras técnicas. Por ejemplo, las mediciones de fotoconductividad DC sufren de una gama de complicaciones derivadas de contacto el material con electrodos. recombinación mejorada en la interfaz electrodo / material, de nuevo la inyección de cargas a través de esta interfaz, así como una mayor disociación de excitones y pares geminadas debido a la tensión aplicada ² todos conducen a distorsiones en las movilidades y tiempos de vida del portador medidos. por el contrario, TRMC es una técnica sin electrodos que mide la movilidad intrínseca de los portadores sin distorsiones debidas a la transferencia de carga a través de los contactos .

Una ventaja significativa de la utilización de potencia de microondas como una sonda para la dinámica de soporte es que, así como el seguimiento de los tiempos de vida de desintegración de los portadores de carga, los mecanismos de descomposición / vías pueden también ser investigadas.

TRMC se puede utilizar para determinar el total de vida de movilidad ³ y⁴ tiempo de portadores de carga inducidas. Estos parámetros posteriormente se pueden utilizar para distinguir entre los mecanismos de recombinación directos y trampa mediada ^{3, 5.} La dependencia de estas dos vías de desintegración distintos puede analizarse cuantitativamente como una función de densidad de portadores ^{3, 5} y la energía de excitación / longitud de onda ^5. La localización / confinamiento de portadores inducidos puede ser investigado mediante la comparación de la decadencia de la conductividad vs polarizabilidad ⁵ (imaginario vs parte real de la constante dieléctrica).

Además, y quizás más importante, TRMC se puede utilizar para caracterizar estados trampa que actúan como vías de desintegración de portadores de carga. Trampas de superficie, por ejemplo, se pueden distinguir de las trampas a granel mediante la comparación de pasivado vs muestras no pasivada ^6. estados sub-banda prohibida puedeser investigado directamente utilizando energías de excitación sub-banda prohibida ^5. Las densidades de trampas se pueden deducir mediante el ajuste de los datos TRMC ^7.

Debido a la versatilidad de esta técnica, TRMC se ha aplicado para estudiar una amplia gama de materiales que incluyen: los semiconductores tradicionales de película delgada tales como el silicio 6, 8 y TiO 2 9, 10, las nanopartículas 11, los nanotubos de 1, semiconductores orgánicos 12, mezclas de materiales 13, 14, y fotovoltaicos híbrido materiales 3, 4, 5.

Con el fin de obtener información cuantitativa usando TRMC, es fundamental ser capaces de determinar con precisión el númerode fotones absorbidos para una excitación óptica dado. Dado que los métodos para cuantificar la absorción de películas delgadas, nanopartículas, soluciones y muestras opacas son diferentes, las técnicas de preparación de muestras y calibración que aquí se presentan están diseñados específicamente para las muestras de película delgada. Sin embargo, el protocolo de medición TRMC presentada es muy general.