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太陽(yáng)能電池分析技術(shù)(9):強(qiáng)度調(diào)制光電流譜 IMPS

來(lái)源:巨力光電(北京)科技有限公司   2022年06月17日 11:10  

本系列文章將介紹用于有機(jī)和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的不同光電表征技術(shù),同時(shí)提取和分析重要的器件參數(shù),例如穩(wěn)態(tài)性能、瞬態(tài)光電壓、瞬態(tài)光電流、電荷載流子遷移率、電荷密度、參雜濃度、內(nèi)建電場(chǎng)、陷阱密度、阻抗、理想因子等。


  強(qiáng)度調(diào)制光電流譜(IMPS)

強(qiáng)度調(diào)制光電流譜(IMPS)測(cè)試中,對(duì)器件施以正弦變化的調(diào)制光強(qiáng)照射,同時(shí)保持恒定電壓并測(cè)量光電流。該實(shí)驗(yàn)可用于表征電荷載流子傳輸特性并計(jì)算傳輸時(shí)間。


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圖1. IMPS典型曲線


調(diào)制光強(qiáng)L(t)描述為:


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圖2


其中 L是偏置光強(qiáng),Lamp 是調(diào)制振幅(通常為 L的 5-10% ) , ω 是角頻率 2?π?f。與阻抗譜一樣,IMPS理論基于器件在工作點(diǎn)的線性化,只要光強(qiáng)振幅Lamp足夠小,通常這就是有效的。在這種情況下,電流也呈現(xiàn)正弦變化,研究其相移和振幅。復(fù)合 IMPS 量ZIMPS根據(jù)圖3計(jì)算


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圖3


其中 N 是周期數(shù),T 是周期 1/f,i 是虛數(shù)單位,ω 是角頻率。IMPS的概念和分析類似于阻抗譜 - 在阻抗譜中,是調(diào)制電壓,在IMPS中,是調(diào)制光。


1985年,Li和Peter提出了第一個(gè)描述半導(dǎo)體-電解質(zhì)界面的IMPS理論。后來(lái)它被改進(jìn)并經(jīng)常用于表征染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)。對(duì) IMPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,傳輸時(shí)間常數(shù)Ttr根據(jù)圖4計(jì)算


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圖4


其中fpeak是 IMPS 量的虛部達(dá)到最大值的頻率。在染料敏化太陽(yáng)能電池中,電子擴(kuò)散系數(shù)根據(jù)傳輸時(shí)間常數(shù)(Dn= d2/(2.35?Ttr)計(jì)算得出。


IMPS也被用作研究體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池形態(tài)相的成像技術(shù)。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中,在10Hz處觀察到第二個(gè)峰值,并歸因于離子運(yùn)動(dòng)。


圖5顯示了所有情況下 IMPS 模擬的虛部。在所有情況下,在高頻處都觀察到一個(gè)峰值。它可能與電荷傳輸有關(guān) - 只有在"低遷移率"(b)的情況下會(huì)導(dǎo)致傳輸時(shí)間常數(shù)明顯變長(zhǎng),因此峰值移向更低的頻率。俘獲和釋放(c)以及提取勢(shì)壘(a)可能導(dǎo)致在低頻下的額外峰值/雙峰。在所有瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)中,串聯(lián)電阻減緩了電荷傳輸(d),從而將峰值移至更低的頻率。所有其他情況均無(wú)明顯特征。


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圖5.表1中所有具有低偏置光強(qiáng)(3.6 MW/CM2)的案例的IMPS模擬。偏置電壓為零。(F)根據(jù)圖4 等式計(jì)算的IMPS傳輸時(shí)間常數(shù)。


在某些測(cè)量中,觀察到IMPS中的兩個(gè)峰值。如果電子和空穴遷移率不平衡,則可能會(huì)出現(xiàn)這種情況。


  以上所有測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)自設(shè)備:Paios

  以上所有模擬仿真使用軟件:Setfos


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