PL及TRPL研究钙钛矿太阳能电池寿命衰减动力

如题所述

PL及TRPL研究钙钛矿太阳能电池寿命衰减动力。

首先了解一些基本知识:

使用荧光光谱(PL)和时间分辨荧光光谱(TRPL)来分析钙钛矿薄膜的稳态光学性质和荧光载流子动力学特性。

光致发光光谱(Photoluminescence Spectroscopy,简称PL谱),指物质在光的激励下,电子从价带跃迁至导带并在价带留下空穴;电子和空穴在各自的导带和价带中通过弛豫达到各自未被占据的最低激发态(在本征半导体中即导带底和价带顶),成为准平衡态;准平衡态下的电子和空穴再通过复合发光,形成不同波长光的强度或能量分布的光谱图。

时间分辨光致发光谱(TRPL)是在脉冲单色光照射下,探测物质激发态辐射跃迁光谱随时间变化动力学过程的光谱技术。

薄膜制备:Glass/PVK(用于研究薄膜本征性质);FTO/TiO2/PVK(用于研究电子提取动力学);Glass/PVK/Spiro-OMeTAD(用于研究空穴提取动力学)。

本文以本征测试为例,分享数据处理及分析过程:

1.首先导入数据,波长作X轴,强度作Y轴,绘制点线图,美化图形即可:

对于本征来说,强度越大越好,这说明非辐射复合少,因此才能发光强度更高。相反,对于有传输层的测试,强度越低越好,说明电子或空穴提取快,侧面说明,里面的非辐射复合少,载流子被捕获的少。从图中也可以看到出峰位置在810nm左右,带隙Eg=1240/810=1.531 eV,与UV-vis测试相对照。

2.导入TRPL数据,找到最后一列从0开始的地方,然后删除六列数据以下的所有数据;然后删除最后两列,并删除C列,留下A列作X轴,绘制点线图,美化图形即可:

与PL一样,下对本征来说下降越慢越好,对于有传输层样品来说,下降越快越好,具体的载流子寿命可以从测试数据中找到:

在TRPL中明显不同的衰变组分意味着存在被缺陷显著影响的电荷载流子亚群。一种很可能的机制是,快速衰减的组分是由于钙钛矿薄膜的表面缺陷导致的载流子俘获,而慢衰减组分则反映了受钙钛矿薄膜体缺陷限制的载流子寿命。

在进行光激发时,一部分电荷载流子填充缺陷,导致快速的衰减组分,而其它的载流子则可以在更长的时间尺度上弛豫,而不再受薄膜表面缺陷的影响。

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