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太陽能電池分析技術(shù)(9)：強度調(diào)制光電流譜 IMPS

來源：時間：2023-06-07 09:18:01 瀏覽：6207次

本系列文章將介紹用于有機和鈣鈦礦太陽能電池的不同光電表征技術(shù)，同時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、陷阱密度、阻抗、理想因子等。

強度調(diào)制光電流譜（IMPS）

強度調(diào)制光電流譜（IMPS）測試中，對器件施以正弦變化的調(diào)制光強照射，同時保持恒定電壓并測量光電流。該實驗可用于表征電荷載流子傳輸特性并計算傳輸時間。

圖1. IMPS典型曲線

調(diào)制光強L（t）描述為：

圖2

其中 L₀是偏置光強，Lamp 是調(diào)制振幅（通常為 L₀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的線性化，只要光強振幅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Z_IMPS根據(jù)圖3計算

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提出了第一個描述半導(dǎo)體-電解質(zhì)界面的IMPS理論。后來它被改進(jìn)并經(jīng)常用于表征染料敏化太陽能電池（DSSC）。對 IMPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，傳輸時間常數(shù)T_tr根據(jù)圖4計算

圖4

其中f_peak是 IMPS 量的虛部達(dá)到最大值的頻率。在染料敏化太陽能電池中，電子擴散系數(shù)根據(jù)傳輸時間常數(shù)（Dn= d2/（2.35?T_tr)計算得出。

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

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）的情況下會導(dǎo)致傳輸時間常數(shù)明顯變長，因此峰值移向更低的頻率。俘獲和釋放（c）以及提取勢壘（a）可能導(dǎo)致在低頻下的額外峰值/雙峰。在所有瞬態(tài)實驗中，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。所有其他情況均無明顯特征。

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

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

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