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Mar 27, 2024

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Relatórios Científicos volume 13, número do artigo: 11163 (2023) Citar este artigo Aplicamos o método de fotocondutância de estado quase estacionário sem contato (QSSPC) para iodeto de chumbo de metil amônio co-evaporado

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11163 (2023) Citar este artigo

Aplicamos o método de fotocondutância de estado quase estacionário sem contato (QSSPC) para filmes finos de perovskita de iodeto de chumbo de metil amônio co-evaporado (MAPbI3). Usando uma calibração adaptada para fotocondutâncias ultrabaixas, extraímos o tempo de vida do portador dependente da injeção da camada MAPbI3. O tempo de vida é limitado pela recombinação radiativa nas altas densidades de injeção aplicadas durante a medição QSSPC, permitindo a extração da soma da mobilidade de elétrons e buracos no MAPbI3 usando o coeficiente conhecido de recombinação radiativa do MAPbI3. Combinando a medição QSSPC com medições de fotoluminescência transitórias, realizadas em densidades de injeção muito mais baixas, obtemos a curva de vida útil dependente da injeção em várias ordens de grandeza. A partir da curva de vida útil resultante, determinamos a tensão de circuito aberto alcançável da camada MAPbI3 examinada.

As perovskitas de iodetos metálicos, como o iodeto de chumbo e metil amônio (MAPbI3), surgiram na última década como uma classe nova e promissora de materiais para aplicação em células solares de baixo custo e alta eficiência . Sendo o MAPbI3 uma das primeiras composições dentro da classe das perovskitas de iodetos metálicos, é também o mais estudado até o momento . Ele despertou o interesse da comunidade fotovoltaica com eficiências de conversão de energia (PCEs) de rápido crescimento, possibilitadas por um alto coeficiente de absorção, um bandgap direto de 1,6 eV, mobilidades de portadores de carga relativamente altas e longa vida útil dos portadores de carga. Destes parâmetros cruciais do material, a vida útil do portador de carga, em particular, afeta diretamente a eficiência das células solares baseadas em perovskita devido à sua forte dependência da composição, do método de fabricação e do grau de contaminação da camada de perovskita. Medições precisas da vida útil do transportador são, portanto, de extrema importância na pesquisa da perovskita. Freqüentemente negligenciado na pesquisa de perovskita é, entretanto, o fato de que o tempo de vida do portador não é um valor constante, mas depende da concentração excessiva do portador, ou seja, do nível de injeção, dentro da camada. Infelizmente, as técnicas de medição de vida útil aplicadas predominantemente na pesquisa de perovskita, como o método de fotoluminescência resolvida no tempo (TRPL), medem a vida útil dos portadores usando abordagens dinâmicas sem determinar as concentrações exatas de excesso de portadores presentes durante as medições. Neste artigo, empregamos o método de estado quase estacionário sem contato (QSSPC), uma técnica de medição desenvolvida para medir a vida útil dependente da injeção em silício, acoplando indutivamente uma amostra iluminada a uma ponte de RF enquanto registra simultaneamente a intensidade de iluminação dependente do tempo [ zitat sinton]. Aplicamos o método, usado antes apenas para caracterização de silício, pela primeira vez em camadas de perovskita de haleto metálico e demonstramos que tempos de vida, bem como concentrações excessivas de transportadores, podem ser extraídos das medições ao mesmo tempo. A fim de expandir a faixa de injeção das curvas de vida útil dependentes da injeção, combinamos QSSPC com medições TRPL e deduzimos a partir delas características de tensão implícitas em sóis.

A técnica de medição de fotocondutância de estado quase estacionário (QSSPC) é uma ferramenta padrão em energia fotovoltaica baseada em silício, onde é usada rotineiramente para medições dependentes de injeção da vida útil do portador de wafers de silício. Baseia-se no acoplamento indutivo da amostra semicondutora através de uma bobina a um circuito de ponte de RF, cuja tensão de saída depende linearmente da fotocondutância da amostra medida. A metodologia foi introduzida por Sinton e Cuevas em 19966 e evoluiu durante as últimas décadas para uma poderosa ferramenta sem contato e fácil de aplicar para a caracterização de perdas por recombinação em massa e superfície em pastilhas de silício e precursores de células solares não metalizadas. Nesta contribuição, aplicamos o método QSSPC, usado anteriormente apenas para caracterização de silício, pela primeira vez em camadas de perovskita de iodetos metálicos.