समय हल माइक्रोवेव चालकता के माध्यम से पतली फिल्म फोटोवोल्टिक सामग्री में पुनर्संयोजन गतिशीलता
Summary
A Time Resolved Microwave Conductivity technique for investigating direct and trap-mediated recombination dynamics and determining carrier mobilities of thin film semiconductors is presented here.
Abstract
पतली फिल्म अर्धचालकों में फोटो प्रेरित प्रभारी वाहक, विशेष रूप से ऐसे Organo नेतृत्व halide perovskites के रूप में फोटोवोल्टिक सामग्री में के पुनर्संयोजन गतिशीलता जांच के लिए एक विधि प्रस्तुत किया है। perovskite फिल्म मोटाई और अवशोषण गुणांक शुरू में profilometry और यूवी तुलना अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी की विशेषता है। दोनों लेजर शक्ति और गुहा की संवेदनशीलता कैलिब्रेशन विस्तार से वर्णन किया गया है। फ्लैश-photolysis समय हल माइक्रोवेव चालकता (TRMC) प्रयोगों प्रदर्शन के लिए एक प्रोटोकॉल, एक सामग्री की चालकता का निर्धारण करने के लिए एक गैर संपर्क विधि, प्रस्तुत किया है। माइक्रोवेव आवृत्ति के एक समारोह के रूप में TRMC प्रदर्शन से जटिल चालकता के वास्तविक और काल्पनिक घटकों की पहचान करने के लिए एक प्रक्रिया दी गई है। प्रभारी वाहक गतिशीलता (दोनों शक्ति और तरंग दैर्ध्य सहित) विभिन्न उत्तेजना व्यवस्थाओं के तहत निर्धारित कर रहे हैं। प्रत्यक्ष और जाल की मध्यस्थता क्षय प्रक्रियाओं के बीच भेद तकनीक प्रस्तुत किया और चर्चा कर रहे हैं।परिणाम मॉडलिंग की है और एक अर्धचालक में photoinduced चार्ज वाहक की एक सामान्य गतिज मॉडल के संदर्भ में व्याख्या कर रहे हैं। तकनीक वर्णित कार्बनिक और अकार्बनिक फोटोवोल्टिक सामग्री, नैनोकणों सहित optoelectronic सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए लागू कर रहे हैं, और पतली फिल्मों semiconducting / आयोजन।
Introduction
फ्लैश-photolysis समय हल माइक्रोवेव चालकता (एफपी-TRMC) एनएस-μs timescale पर फोटो उत्साहित चार्ज वाहक की गतिशीलता पर नजर रखता है, यह आरोप वाहक पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं की जांच के लिए एक आदर्श उपकरण बना रही है। पतली फिल्म अर्धचालकों में फोटो प्रेरित चार्ज वाहक के क्षय तंत्र को समझना फोटोवोल्टिक उपकरण अनुकूलन सहित आवेदन की एक श्रृंखला में महत्वपूर्ण महत्व का है। प्रेरित वाहक जन्मों अक्सर प्रेरित वाहक घनत्व, उत्तेजना तरंगदैर्ध्य, गतिशीलता, जाल घनत्व और फँसाने दर का कार्य कर रहे हैं। इस पत्र वाहक गतिशील निर्भरता (तीव्रता, तरंगदैर्ध्य, माइक्रोवेव आवृत्ति) और उनकी व्याख्याओं की एक विस्तृत श्रृंखला की जांच के लिए समय हल माइक्रोवेव चालकता (TRMC) तकनीक की बहुमुखी प्रतिभा को दर्शाता है।
Photogenerated आरोप है, को दोनों वास्तविक और एक सामग्री के ढांकता हुआ निरंतर की काल्पनिक भागों संशोधित कर सकते हैं अपनी गतिशीलता और degre पर निर्भर करता है प्रसूति / स्थानीयकरण 1 के ई। एक सामग्री की चालकता 
इसकी जटिल ढांकता हुआ निरंतर के लिए आनुपातिक है
कहा पे 
एक माइक्रोवेव बिजली के क्षेत्र की आवृत्ति है, 
तथा 
ढांकता हुआ निरंतर की वास्तविक और काल्पनिक भागों रहे हैं। इस प्रकार, चालकता के असली हिस्सा ढांकता हुआ निरंतर की काल्पनिक भाग से संबंधित है, और, माइक्रोवेव अवशोषण पर मैप किया जा सकता है, जबकि चालकता (बाद में ध्रुवीकरण के रूप में) के काल्पनिक भाग अनुनाद आवृत्ति में बदलाव से संबंधित है माइक्रोवेव क्षेत्र के 1।
वाहक गतिशीलता के लिए एक जांच के रूप में माइक्रोवेव शक्ति का उपयोग करने का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि, के रूप में अच्छी तरह से चार्ज वाहक, क्षय तंत्र का क्षय जन्मों की निगरानी के रूप में / रास्ते भी जांच की जा सकती है।
TRMC कुल गतिशीलता 3 और जीवन का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकताप्रेरित प्रभारी वाहकों के समय 4। इन मानकों बाद में प्रत्यक्ष और जाल की मध्यस्थता पुनर्संयोजन तंत्र 3, 5 के बीच भेद करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इन दो अलग क्षय रास्ते की निर्भरता मात्रात्मक वाहक घनत्व 3, 5 और उत्तेजना ऊर्जा / तरंग दैर्ध्य 5 के एक समारोह के रूप में विश्लेषण किया जा सकता है। स्थानीयकरण / प्रेरित वाहकों के कारावास चालकता polarizability 5 (ढांकता हुआ निरंतर की असली हिस्सा बनाम काल्पनिक) बनाम के क्षय की तुलना द्वारा जांच की जा सकती है।
इसके अतिरिक्त, और शायद सबसे महत्वपूर्ण बात, TRMC जाल राज्यों में जो आरोप वाहक क्षय रास्ते के रूप में कार्य को चिह्नित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। भूतल जाल, उदाहरण के लिए, unpassivated नमूने 6 बनाम passivated की तुलना द्वारा थोक जाल से प्रतिष्ठित किया जा सकता है। उप-bandgap राज्यों कर सकते हैंसीधे उप bandgap उत्तेजना ऊर्जा 5 का उपयोग कर जांच की जा। जाल घनत्व TRMC डेटा 7 फिटिंग द्वारा deduced किया जा सकता है।
इस तकनीक के बहुमुखी प्रतिभा के कारण, TRMC सहित सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला का अध्ययन करने के लिए लागू कर दिया गया है ऐसे सिलिकॉन 6, 8 और 2 Tio 9, 10 के रूप में पारंपरिक पतली फिल्म अर्धचालक, 11 नैनोकणों, नैनोट्यूब 1, जैविक अर्धचालकों 12, सामग्री मिश्रणों 13, 14, और संकर फोटोवोल्टिक सामग्री 3, 4, 5।
आदेश TRMC का उपयोग कर मात्रात्मक जानकारी प्राप्त करने के लिए, यह महत्वपूर्ण है सही संख्या का निर्धारण करने में सक्षम होका एक दिया ऑप्टिकल उत्तेजना के लिए फोटॉनों अवशोषित। चूंकि पतली फिल्मों, नैनोकणों, समाधान और अपारदर्शी नमूने के अवशोषण को बढ़ाता के लिए तरीकों अलग है, यहाँ प्रस्तुत नमूना तैयार करने और अंशांकन तकनीक पतली फिल्म के नमूने के लिए विशेष रूप से डिजाइन किए हैं। हालांकि, TRMC माप प्रस्तुत प्रोटोकॉल बहुत सामान्य है।
Protocol
Representative Results
Discussion
TRMC तकनीक photoinduced प्रभारी वाहक गतिशीलता के बारे में जानकारी का खजाना प्रदान कर सकते हैं, वहीं इस चालकता के एक अप्रत्यक्ष माप है, और इसलिए जरूरत है जब परिणामों की व्याख्या करने के लिए ले जाया जा परवाह है। TRMC तक…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Acknowledgment is made to the Australian Research Council (LE130100146, DP160103008). JAG is supported via an Australian Postgraduate Award, and DRM by an ARC Future Fellowship (FT130100214). We thank Nikos Kopidakis for helpful discussions.
Materials
| Hellmanex III detergent | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/z805939?lang=en®ion=AU |
Z805939 | Corrosive and toxic. See SDS. |
| Lead (II) iodide (99%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/211168?lang=en®ion=AU |
211168 | Toxic. See SDS |
| Anhydrous dimethylformamide (99.8%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/227056?lang=en®ion=AU |
227056 | Toxic. See SDS |
| Anhydrous dimethylsulfoxide (99.9%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/276855?lang=en®ion=AU |
276855 | Toxic. See SDS |
| Anhydrous 2-Propanol (99.5%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/278475?lang=en®ion=AU&gclid= COnlgPaw780CFQZvvAod17EA4Q |
278475 | |
| Methylammonium iodide | Dyesol www.dyesol.com/products/dsc-materials/perovskite-precursors/methylammonium-iodide.html |
MS101000 | Also sold by Sigma Aldrich |
| Poly(methyl methacrylate) | Sigma Aldrich | 445746 | |
| Anhydrous chlorobenzene (99.8%) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/445746?lang=en®ion=AU |
284513 | Toxic. See SDS |
| Equipment | Company | Model | Comments/Description |
| UV-VIS-NIR spectrophotometer | Perkin-Elmer | Lambda 900 | |
| Profilometer | Veeco | Dektak 150 | |
| Vector Network Analyzer | Keysight www.keysight.com/en/pdx-x201927-pn-N9918A/fieldfox-handheld-microwave-analyzer-265-ghz?cc=US&lc=eng |
Fieldfox N9918A | |
| Tunable wavelength laser | Opotek www.opotek.com/product/opolette-355 |
Opolette 355 | |
| Neutral density filters | Thorlabs www.thorlabs.hk/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3193 |
NUK01 | |
| Power meter | Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=PM100D |
PM100D | |
| Power sensor | Thorlabs www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=S401C |
S401C | |
| Cavity | Custom built | The cavity used in for this experiment was designed and built in-house. |
Referências
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