钙钛矿光伏深能级缺陷研究探索方案

深能级瞬态谱(Deep Level Transient Spectroscopy)是半导体领域研究和检测半导体杂质、缺陷深能级、界面态等的重要技术手段。根据半导体P-N 结、金-半接触结构肖特基结的瞬态电容(△C~t)技术和深能级瞬态谱(DLTS)的发射率窗技术测量出的深能级瞬态谱,是一种具有极高检测灵敏度(检测灵敏度通常为半导体材料中掺杂济浓度的万分之一)的实验方法,能检测半导体中微量杂质、缺陷的深能级及界面态。通过对样品的温度扫描,可以给出表征半导体禁带范围内的杂质、缺陷深能级及界面态随温度(即能量)分布的DLTS 谱。同时DLTS测试软件集成多种全自动的测量模式及全面的数据分析,可以确定杂质的类型、含量以及随深度的分布,特别适用Si、GaAs、SiC、GaN基的SBD、MOS、MIS、PN结界面态、深能级位置及浓度。

近年来,金属卤化物钙钛矿太阳能材料逐渐完善,很有希望成为下一代薄膜光伏技术。在钙钛矿前驱体溶液转变成多晶薄膜的快速过程中,很容易形成高缺陷浓度(~10^15/立方厘米),这其中少数载流子的深能级缺陷会造成严重的界面复合损失。因此,深能级缺陷的精准钝化,是推进钙钛矿太阳能电池逼近Shockley–Queisser理论极限的中心研究问题之一。中科大研究团队结合深能级缺陷瞬态谱技术 (DLTS) 和密度泛函理论技术(DFT)等方法细致研究这些作用模式与不同缺陷的对应关联(图E-H),考察其对缺陷类型、深度、浓度、捕获截面等性质的影响,发现原位质子化模式能够有效钝化钙钛矿少数载流子深能级缺陷,而离位质子化没有这种效应。同时,传统物理吸附模式、金属螯合模式的这种缺陷钝化效应较弱或者更倾向钝化多子缺陷。另外,研究团队比较了链状、支状、支状部分醇化等不同构型PEI的钝化效果和器件伏安特性,进一步指明了官能团与构型的协同效应。以上结果说明为了提高钝化适用性,除了增加官能团种类的常规思路外,单官能团的多模式钝化效应也值得探索。(文章链接:https://authors.elsevier.com/a/1g1Nc925JEJyIj)

UltraTran是一款集成了多种光电测试功能的仪器设备,专门针对半导体材料和器件的电学与光电特性进行精确测量,尤其适用于发光(OLED、PeLED等)与光伏器件(OPV、晶硅PV、异质结叠层PV等)。该系统集成的暗注入瞬态特性测试(DIT)和深能级瞬态谱(DLTS)可以用于探测和分析半导体中的陷阱和缺陷状态。DLTS技术尤为擅长于识别和量化材料中的微小缺陷浓度,为改善半导体材料质量提供关键信息。

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