优化太阳能电池性能与光致发光光谱

高效太阳能电池的生产,有效电荷载体提取是至关重要的,和提高电荷提取、电子和洞萃取层通常合并到太阳能电池堆栈。

当涉及到优化电池性能,至关重要的是,提取效率研究和比较各种萃取层。光致发光(PL)成正比的电荷数量运营商在钙钛矿,光致发光光谱是最理想的选择当执行这个方法的比较。

允许PL发生,photogenerated电子和空穴在钙钛矿层必须重组。电子或空穴的转移到相邻的层将在钙钛矿抑制辐射电子空穴复合层,减少PL反应(图1)。

电子或空穴的有效性从钙钛矿中提取层可以通过追踪研究PL的强度。

图1所示。相互作用激发(蓝色箭头),光致发光(红色箭头),和电荷提取钙钛矿层(白色箭头)。图片来源:爱丁堡仪器

垂直对齐碳纳米管(VACNTs)是一个很有前景的药物正在研究作为一个潜在的洞在钙钛矿开采层太阳能电池。PL光谱与爱丁堡仪器FLS1000光致发光光谱仪用于检查提取VACNT洞萃取层的有效性。

实验装置

玻璃/ ITO玻璃上/ ITO / VACNT基质,一层混合卤Cs_0.05足总_0.79马_0.16PbI_2.4Br_0.6钙钛矿是spin-coated。伴随出版包含关于样品制造的综合信息。¹爱丁堡仪器FLS1000光致发光光谱仪用于评估两个钙钛矿的PL样本。

FLS1000配备了450 W氙灯,双励磁、双发射单色器和pmt - 980探测器。样本在N-J03正面样本保持者相对PL强度的比较,以及N-M01积分球被用来计算PL量子产量。

图2。FLS1000光致发光光谱仪。图片来源:爱丁堡仪器

相对PL强度比较

最简单的方法来分析影响VACNT层的孔的PL光谱提取效率是通过测量玻璃/ ITO /钙钛矿和玻璃/ ITO / VACNT /钙钛矿和比较他们的集成PL强度。

样品的PL强度与VACNT层将低于样品没有提取层如果添加层改善洞(图3)。

图3。原则的相对PL强度比较。图片来源:爱丁堡仪器

图4显示钙钛矿的PL光谱样本,按顺序使用FLS1000举行的N-J03正面样本架和测量在相同条件下(积分时间、样品位置和角度,激发波长激发和发射带宽)比较相对PL强度。钙钛矿样本与VACNT层具有显著降低PL贡献。

使用Fluoracle集成PL光谱^®FLS1000显示的软件集成PL强度的玻璃/ ITO / VACNT /钙钛矿是0.15 x的玻璃/ ITO /钙钛矿,表明孔显著提高提取效率的VACNT层。

钙钛矿可以提高太阳能电池设计的使用这种方法比较的相对PL强度。这种方法比较的相对PL强度通常可以应用在优化钙钛矿太阳能电池,以及不同的电子和孔的影响萃取层、退火温度、化学成分、后处理治疗,等等,在运营商的部分辐射重组可以用来优化研究太阳能电池的设计。

图4。钙钛矿样品的PL光谱有或没有一个VACNT层。图片来源:爱丁堡仪器

然而,这种策略需要小心使用。强度比较假设所有样本表现出相同的部分收集的光致发光分光计和样品吸收的激发光的一部分。

根据这些假设,比较有效,因为光谱综合强度之比等于光致发光量子产量的比例,提供相同的实验参数用于测量光谱。

固体样品,如钙钛矿spin-coated衬底,样品的精确位置和角谱仪可以产生重大影响的光激发光被收集。样品是必须建立在光谱仪相比尽可能同样收集相同数量的光致发光。

N-J03固体样品持有人,一个线性位置调整让用户优化PL收集,作为FLS1000的主要固体样品持有人。

PL的相对强度测量,N-position J03应该优化第一样品之前被用于所有后续样品。这种可再生的定位是可能的,大小和形状的衬底对所有样品必须相同。

相对的方法提供了一个快速而有效的方法定性研究细胞的影响,设计和加工条件对载波提取和重组,前提是保健用定位和样品的吸收属性是大致相等的。

PLQY积分球

计算光致发光量子产率(PLQY)每个样本的积分球是一个更可靠的方式检查孔提取效率。空心,spectral-grade聚四氟乙烯球称为积分球收集所有的光致发光和散射激发光检测(图5)。

消除与样品相关的潜在错误定位,和任何样品的吸收和反射特性的变化考虑使用积分球和计算PLQY,导致更精确的比较。

图5。工作原理积分球的光致发光量子产率。激发光所示蓝色和红色光致发光。图片来源:爱丁堡仪器

FLS1000配备NM01集成领域,坐落在样品室而不需要任何光纤耦合或对齐,测量两个钙钛矿的PLQY样本。

如图6所示,样本顺序放置在聚四氟乙烯散射插头,兴奋在430 nm,扫描发射单色器的散射峰,光致发光峰。

此外,参考测量是由聚四氟乙烯内散射塞球。光谱的PLQY当时决定使用Fluoracle量子产率向导。

当所需的集成范围定义为散射和辐射在向导中,Fluoracle集成在参考和样品光谱,并使用下面的方程ro PLQY计算:

来源:爱丁堡仪器

在年代_样本和S_裁判综合强度的散射峰的样本和参考,和E_样本和E_裁判的综合强度样本和参考发射。

图6。光谱的计算光致发光量子产率的钙钛矿样品没有(a)和(b) VACNT层。消极和零值对数图上显示为1。在测量的散射峰,OD 2中性密度滤光片是放置在激励方面减弱励磁强度和散射峰被过滤re-scaled之前传动比计算。600 - 900纳米聚四氟乙烯空白光谱扩展了样本和参考散射峰的比例占较低领域背景当一个吸收样品。图片来源:爱丁堡仪器

相比,玻璃/ ITO / VACNT /钙钛矿的PLQY玻璃/ ITO /钙钛矿为0.14%计算,确认VACNT层是钙钛矿减少辐射复合层由于提取改进的洞。PLQY值的比值为0.14,接近的PL强度比率0.15得到的相对强度的方法。

关闭协议可以归因于钙钛矿样品有相同的基板定位尽可能相似和VACNT层没有明显改变样品的反射和吸收特性。

这个结果表明,相对方法仅提供了比当这些条件得到满足,而球体的方法总是提供一个更准确的比较,更大的灵活性,而且,最重要的是,计算每个样本的PLQY的能力。

从PLQY值、空穴传输效率到VACNT层可以计算使用以下方程:^1、2

来源:爱丁堡仪器

使传输效率86%使用PLQY值的0.14%和0.02%。

准确的传输效率计算,样品的PLQY没有传输层应该测量SiO等惰性基质₂没有可以认为发生转移。

86%代表传输效率的下界,因为在这种情况下,PLQY_没有VACNT测量一个ITO-coated衬底,转移会发生一些洞。

结论

FLS1000的光致发光光谱仪用于检查的电荷提取功能VACNT洞为钙钛矿开采层太阳能电池。都绝对方法使用FLS1000积分球和相对强度比较方法被用来检查孔萃取性能。

本文强调了FLS1000是一种有效的研究工具来比较钙钛矿太阳能电池的电荷提取属性。

引用

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这些信息已经采购,审核并改编自爱丁堡仪器提供的材料。亚博网站下载

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