瞬态光电流(TPC)
在瞬态光电流(TPC)测试中,测量恒定偏置电压(也可设置为0V)下光伏器件由于光脉冲而产生的瞬态电流响应过程。电流上升和衰减揭示了电荷载流子迁移率、陷阱和掺杂的信息。TPC通常在不同的偏置电压、偏置光或光脉冲强度下进行测试。对于有机太阳能电池,瞬态光电流上升时间通常在1~100μs之间;在钙钛矿太阳能电池中,电流上升则从微秒级开始,可能需要几秒钟才能达到稳态。
图1. 典型 瞬态光电流TPC测试曲线
分析参数:电子和空穴迁移率 陷阱俘获动力学
Christopher McNeill及其同事观察到聚合物太阳能电池中的光电流过冲,并借助漂移扩散模拟陷阱对电荷的俘获和释放来解释这个过程。如果电荷俘获足够慢,空间电荷效应会导致电流过冲。随着越来越多的电荷被俘获,它们会干扰内建电场并阻碍电荷传输。然而,快速捕获会导致电流上升变慢。在某些情况下,电流过冲仅在负偏置电压下发生。
图2
电流衰减可以用与DLTS中相同的方式描述。使用图2. 可以计算出来自离散能级的陷阱发射电流(trap emission currents)。使用图3. 计算指数DOS尾部的陷阱发射(trap emission)。Street通过分析TPC瞬态光电流衰减计算了PCDTBT:PCBM和P3HT:PCBM太阳能电池带尾态密度。
图3
图4. 显示了光脉冲持续时间为15 μs的TPC模拟。对于以下情况,电流上升的形状基本不会改变:"提取势垒"(a),"non-aligned contact接触"(a),"高Langevin复合"(b),"低并联电阻"(d)和"低电荷产生"(e)。较小的电荷载流子迁移率显然会导致较慢的上升和衰减,如图4(b)所示。浅陷阱填充缓慢(俘获和再发射),将导致较慢到达平衡态电流(c)。光照关闭后,陷阱发射将导致缓慢的指数型电流衰减。深陷阱的情况将导致电流过冲(c),这与McNeill的分析一致,由于陷阱填充而导致在较长时间尺度上电流减小,引发空间电荷。如果TPC测试加偏置光,则电流过冲和长衰现象消失,因为偏置光使陷阱填满;在我们的模拟中,这种效应在偏置光强度为脉冲强度的0.1%时可以看到。如图4(d)所示,高串联电阻还可能导致较慢的电流上升和衰减。"高掺杂密度"的情况显示,空间电荷效应将引起稍长的电流上升和衰减。
与CELIV相比,没有简单的公式可以从TPC数据中提取电荷载流子迁移率。然而,TPC是一种强大的技术,可以研究电荷传输,识别捕获,并使用数值建模提取参数。
以上所有测试数据来自设备:Paios
以上所有模拟仿真使用软件:Setfos