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Jul 07, 2023

Quasi senza contatto

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 11163 (2023) Cita questo articolo 360 accessi Dettagli metriche Applichiamo il metodo della fotoconduttanza quasi-stazionaria senza contatto (QSSPC) alla co-evaporazione

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Applichiamo il metodo della fotoconduttanza quasi-stazionaria senza contatto (QSSPC) ai film sottili di perovskite co-evaporati di metil ammonio piombo ioduro (MAPbI3). Utilizzando una calibrazione adattata per fotoconduttanze ultrabasse, estraiamo la durata del portatore dipendente dall'iniezione dello strato MAPbI3. Si è scoperto che la durata è limitata dalla ricombinazione radiativa alle elevate densità di iniezione applicate durante la misurazione QSSPC, consentendo l'estrazione della somma della mobilità di elettroni e lacune nel MAPbI3 utilizzando il noto coefficiente di ricombinazione radiativa di MAPbI3. Combinando la misurazione QSSPC con misurazioni transitorie di fotoluminescenza, eseguite a densità di iniezione molto inferiori, otteniamo la curva di durata dipendente dall'iniezione su diversi ordini di grandezza. Dalla curva di durata risultante, determiniamo la tensione a circuito aperto ottenibile dello strato MAPbI3 esaminato.

Le perovskiti ad alogenuri metallici come lo ioduro di piombo e metil ammonio (MAPbI3) sono emerse negli ultimi dieci anni come una nuova e promettente classe di materiali per l'applicazione in celle solari a basso costo e ad alta efficienza1. Essendo MAPbI3 una delle prime composizioni all'interno della classe delle perovskiti ad alogenuri metallici, è anche la più studiata finora1,2. Ha suscitato l’interesse della comunità fotovoltaica con efficienze di conversione di potenza (PCE) in rapida crescita rese possibili da un elevato coefficiente di assorbimento, un bandgap diretto di 1,6 eV, mobilità dei portatori di carica relativamente elevata e lunga durata dei portatori di carica. Di questi parametri materiali cruciali, è soprattutto la durata del portatore di carica a influenzare direttamente l'efficienza delle celle solari a base di perovskite a causa della sua forte dipendenza dalla composizione, dal metodo di produzione e dal grado di contaminazione dello strato di perovskite. Misurazioni accurate della durata del portatore sono quindi della massima importanza nella ricerca sulla perovskite. Spesso trascurato nella ricerca sulla perovskite è, tuttavia, il fatto che la durata del portatore non è un valore costante, ma dipende dalla concentrazione in eccesso del portatore, cioè dal livello di iniezione, all'interno dello strato. Sfortunatamente, le tecniche di misurazione della durata di vita applicate prevalentemente nella ricerca sulla perovskite, come il metodo della fotoluminescenza risolta in tempo (TRPL)3,4,5, misurano la durata dei portatori utilizzando approcci dinamici senza determinare le esatte concentrazioni di portatori in eccesso presenti durante le misurazioni. In questo articolo, utilizziamo il metodo contactless quasi-steady-state (QSSPC), una tecnica di misurazione sviluppata per misurare la durata di vita dipendente dall'iniezione nel silicio accoppiando induttivamente un campione illuminato a un ponte RF e registrando contemporaneamente l'intensità dell'illuminazione dipendente dal tempo. zitat sinton]. Applichiamo il metodo, utilizzato in precedenza solo per la caratterizzazione del silicio, per la prima volta agli strati di perovskite di alogenuri metallici e dimostriamo che le durate di vita e le concentrazioni di portatori in eccesso possono essere estratte dalle misurazioni allo stesso tempo. Per espandere l'intervallo di iniezione delle curve di durata dipendenti dall'iniezione, combiniamo QSSPC con misurazioni TRPL e deduciamo da esse le caratteristiche di tensione implicite nel sole.

La tecnica di misurazione della fotoconduttanza allo stato quasi stazionario (QSSPC) è uno strumento standard nel fotovoltaico basato sul silicio, dove viene abitualmente utilizzata per misurazioni dipendenti dall'iniezione della durata del vettore dei wafer di silicio. Si basa sull'accoppiamento induttivo del campione semiconduttore tramite una bobina ad un circuito a ponte RF, la cui tensione di uscita dipende linearmente dalla fotoconduttanza del campione misurato. La metodologia è stata introdotta da Sinton e Cuevas nel 19966 e si è evoluta negli ultimi decenni in un potente strumento senza contatto e di facile applicazione per la caratterizzazione delle perdite per ricombinazione di massa e superficiali nei wafer di silicio e nei precursori di celle solari non metallizzate. In questo contributo applichiamo per la prima volta il metodo QSSPC, utilizzato in precedenza solo per la caratterizzazione del silicio, agli strati di perovskite agli alogenuri metallici.