Geschreven door Stuart Thomson 2 augustus 2021Halide perovskiet-zonnecellen zijn het onderwerp van intense onderzoeksinteresse vanwege de aantrekkelijke eigenschappen van perovskiet;hoge draaggolfmobiliteiten, grote absorptiecoëfficiënten, afstembare bandgaps en lange draaggolfdiffusielengtes.Een van de uitdagingen bij elk ontwerp van een zonnecel is hoe je de ladingsdragers efficiënt uit het apparaat kunt krijgen.Om ladingsextractie te vergemakkelijken, worden elektronen- en gatenextractielagen routinematig in de apparatenstapel opgenomen.Een veelbelovend materiaal dat als gatenextractielaag wordt onderzocht, zijn verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen (VACNT's).Een zonnecelstapel waarin VACNT's zijn opgenomen als de gatenextractielaag, wordt getoond in figuur 1. De VACNT's worden gekweekt in een rasterpatroon van 'torens' bovenop de ITO-elektrode om verbeterde ladingsextractie te bereiken met behoud van een hoge optische transmissie via de ITO / VACNT's .Figuur 1 (a): Structuur van een zonnecelapparaatstapel met behulp van een VACNTs als een gatextractielaag en (b) SEM-beeld van de VACNTs die op het ITO-substraat zijn gegroeid.Afbeeldingen aangepast van Ferguson et alFotoluminescentie (PL) is evenredig met het aantal ladingsdragers in de perovskiet en daarom gevoelig voor ladingsoverdracht naar aangrenzende lagen.Dit maakt op PL gebaseerde technieken van onschatbare waarde voor het onderzoeken van de prestaties van nieuwe extractielagen.In deze toepassingsnota wordt de gatoverdracht naar een op VACNT gebaseerde gatenextractielaag afgebeeld met behulp van stabiele en tijdsopgeloste confocale PL-microscopie met een Edinburgh Instruments RMS1000 confocale Raman & PL-microscoop.Een reeks VACNT-torens werd gekweekt op een ITO-gecoat glassubstraat met behulp van fotothermische chemische dampafzetting (PTCVD) en een laag van gemengd halide Cs0.05FA0.79MA0.16PbI2.4Br0.6 perovskiet werd daarop spin-gecoat.Volledige details van de fabricage van het monster zijn te vinden in een eerdere publicatie.1 Het substraat werd op een microscoopglaasje gemonteerd met dubbelzijdige tape die vervolgens werd vastgemaakt aan de gemotoriseerde tafel van de RMS1000 Confocal Raman & PL Microscope.De RMS1000 was uitgerust met een 532 nm CW-laser voor spectrale acquisitie, een EPL-450 picoseconde gepulseerde diodelaser voor tijdsopgeloste, 600 gr/mm diffractieroosters, back-illuminated CCD-camera, tijdgecorreleerde single photon counting (TCSPC) levensduur elektronica en een High-Speed ​​PMT-levensduurdetector.Afbeelding 2: RMS1000 confocale Raman & PL-microscoopOm de overdracht van gaten van de perovskiet naar de VACNT-torens te observeren, werd het oppervlak van het ITO/VACNT/Perovskiet-monster afgebeeld met behulp van PL-intensiteitstoewijzing.Een gereflecteerd donkerveldbeeld van het in kaart te brengen gebied van 500 m x 500 m wordt weergegeven in figuur 3a.De reeks VACNT-torens is te zien onder de perovskietlaag.Een 100x100 punt (5 m resolutie) PL-kaart werd verkregen met behulp van een 532 nm laser voor foto-excitatie en het opnemen van het PL-spectrum op elk punt met behulp van een 600 gr/mm diffractierooster en de CCD-camera van de RMS1000.De geïntegreerde intensiteit van elk PL-spectrum werd berekend om de PL-intensiteitskaart te maken die wordt weergegeven in figuur 3b.Figuur 3: het ITO/VACANT/perovskiet-oppervlak afgebeeld met behulp van (a) widefield darkfield-verlichting, (b) confocale PL-intensiteitstoewijzing.Geëxtraheerde spectra op punten 1 en 2 van de PL-kaart worden getoond (c).De PL-kaart laat zien dat de PL-intensiteit boven op de VACNT-torens is verminderd, wat een indicatie is voor de overdracht van gaten van de perovskiet naar de VACNT's.Om PL te laten optreden, moeten de door foto gegenereerde elektronen en gaten in de perovskiet recombineren.Gatoverdracht naar de VACNT's zal de elektron-gat-recombinatie in de perovskietlaag remmen en de PL verlagen.De geëxtraheerde PL-spectra uit een gebied met en zonder aanwezige VACNT's worden getoond in figuur 3c, waar een vermindering in intensiteit en verandering in spectrale vorm te zien is.De PL-intensiteitskaart leverde sterk bewijs van de overdracht van gaten in de VACNT-torens, maar het is niet de enige mogelijke reden voor verminderde PL-intensiteit.Een dunnere perovskietlaag die bovenop de VACNT's wordt afgezet, zou bijvoorbeeld een vergelijkbare reactie vertonen.De RMS1000 kan worden uitgerust met gepulseerde laserbronnen en tijdgecorreleerde single-photon counting (TCSPC) elektronica voor het in kaart brengen van de PL-levensduur.Dit biedt aanvullende informatie voor de spectrale PL-mapping en kan worden gebruikt als een bevestigingsmeting dat er gatenoverdracht plaatsvindt.Om de PL-levensduurkaart te verkrijgen, werd het monster gefoto-exciteerd met een 450 nm gepulseerde diodelaser (EPL-450) en de PL-levensduur werd gemeten met behulp van TCSPC met de High-Speed ​​PMT-levensduurdetector van de RMS1000.60 x 60 PL-verval werd verkregen over een gebied van 150 m x 150 m van het monster om een ​​levensduurkaart met een resolutie van 2,5 m te geven.Het PL-verval werd aangepast aan een exponentieel model met drie componenten (vergelijking 1--top) met behulp van de Ramacle®-software van de RMS1000 en de intensiteit-gewogen gemiddelde levensduur (vergelijking 2--bottom) van de componenten berekend om de weergegeven levensduurkaart te maken in figuur 4a.De PL-levensduurkaart laat zien dat de gemiddelde PL-levensduur van de perovskiet afneemt van ~ 100 ns tot ~ 60 ns wanneer VACNT's zich onder de perovskiet bevinden.Voorbeeld PL vervalt op posities met en zonder aanwezige VACNT's worden getoond in figuur 4b, waarbij de multi-exponentiële aard van de vereiste fitting wordt benadrukt.De vermindering van de gemiddelde levensduur bovenop de VACNT-torens levert ondersteunend bewijs dat de overdracht van gaten naar VACNT's inderdaad plaatsvindt, aangezien overdracht van gaten een extra snelle ontvolkingsroute is die de levensduur van de PL zal verkorten.Figuur 4: PL-levensduurtoewijzing van het perovskiet-monster.(a) Gemiddelde PL-levensduurkaart van het perovskietoppervlak en (b) geëxtraheerde PL-verval (punten) en driecomponenten exponentiële passingen (ononderbroken lijnen).De ladingsextractie-eigenschappen van een VACNT-gatextractielaag voor perovskietzonnecellen werden onderzocht met behulp van een RMS1000 Confocale Raman & PL-microscoop.De RMS1000 kan zowel spectrale als levenslange kaarten van halfgeleidermonsters verkrijgen en de overdracht van gaten naar de VACNT's werd bevestigd met behulp van een combinatie van beide PL-toewijzingsmodi.Confocale PL-microscopie is een ideaal hulpmiddel voor het visualiseren van ladingsextractie op microschaal in perovskiet-zonnecellen voor de voortdurende optimalisatie van celprestaties.Geschreven door Stuart Thomson, Senior Applications Scientist, Edinburgh InstrumentsWe zijn Dr. Victoria Ferguson van de University of Surrey Nanoelectronics-groep dankbaar voor het verstrekken van het perovskiet-monster dat in deze toepassingsnota wordt gebruikt.Labels: perovskiet,fotoluminescentie mapping,VACNT,zon,spectraal,confocaal,beeldvorming,microscopie,RamanOp Laser World of Photonics 2022 in München presenteerde TRIOPTICS haar... Lees meerLaser Components introduceerde de BERT-1102 van Quantifi Photonics, een... Lees meerMet de nieuwste firmware voor alle Alvium-camera's is Allied Vision ... Lees meerFocuslight Technologies Inc., een wereldwijde leverancier van krachtige diodelasers en micro-optica, ... Lees meerRadiant Vision Systems, toonaangevende leverancier van geautomatiseerde visuele ... Lees meerGebaseerd op meer dan 25 jaar ervaring in de nucleaire industrie -... Lees meerPhysik Instruments zal zijn positionering met hoge precisie demonstreren ... Lees meerMKS Instruments, Inc., een wereldwijde leverancier van technologieën die... Lees meerHistorisch gezien werden AccuCoat Mini Red Dot-coatings geleverd aan de ... Lees meerLumentum Holdings Inc., een ontwerper en fabrikant van innovatieve... Lees meerBitFlow, een wereldleider in framegrabbertechnologie, heeft vandaag aangekondigd ... Lees meerCopyright © 2022 Novus Media Today Group, LLC.Alle rechten voorbehouden.Website ontwerp en bouw door MM Design.