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Mar 27, 2024

Quasi sans contact

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 11163 (2023) Citer cet article Nous appliquons la méthode de photoconductance quasi-stationnaire sans contact (QSSPC) à l'iodure de plomb de méthylammonium co-évaporé

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11163 (2023) Citer cet article

Nous appliquons la méthode de photoconductance quasi-stationnaire sans contact (QSSPC) aux couches minces de pérovskite co-évaporées à l'iodure de méthylammonium et de plomb (MAPbI3). À l’aide d’un étalonnage adapté aux photoconductances ultrafaibles, nous extrayons la durée de vie du porteur de la couche MAPbI3, dépendante de l’injection. La durée de vie s'avère limitée par la recombinaison radiative aux densités d'injection élevées appliquées lors de la mesure QSSPC, permettant l'extraction de la somme de mobilité des électrons et des trous dans le MAPbI3 en utilisant le coefficient connu de recombinaison radiative de MAPbI3. En combinant la mesure QSSPC avec des mesures de photoluminescence transitoire, effectuées à des densités d'injection beaucoup plus faibles, nous obtenons la courbe de durée de vie dépendante de l'injection sur plusieurs ordres de grandeur. À partir de la courbe de durée de vie résultante, nous déterminons la tension en circuit ouvert réalisable de la couche MAPbI3 examinée.

Les pérovskites aux halogénures métalliques comme l'iodure de méthylammonium et de plomb (MAPbI3) sont apparues au cours de la dernière décennie comme une nouvelle classe de matériaux prometteuse pour une application dans des cellules solaires à faible coût et à haut rendement1. MAPbI3 étant l’une des premières compositions de la classe des pérovskites aux halogénures métalliques, elle est également la plus étudiée à ce jour1,2. Il a suscité l'intérêt de la communauté photovoltaïque avec des rendements de conversion de puissance (PCE) à croissance rapide rendus possibles par un coefficient d'absorption élevé, une bande interdite directe de 1,6 eV, des mobilités de porteurs de charge relativement élevées et une longue durée de vie des porteurs de charge. Parmi ces paramètres matériels cruciaux, la durée de vie des porteurs de charge affecte directement l’efficacité des cellules solaires à base de pérovskite en raison de sa forte dépendance à la composition, à la méthode de fabrication et au degré de contamination de la couche de pérovskite. Des mesures précises de la durée de vie du porteur sont donc de la plus haute importance dans la recherche sur les pérovskites. Cependant, la recherche sur les pérovskites néglige souvent le fait que la durée de vie du porteur n'est pas une valeur constante, mais dépend de la concentration excessive du porteur, c'est-à-dire du niveau d'injection, dans la couche. Malheureusement, les techniques de mesure de la durée de vie principalement appliquées à la recherche sur les pérovskites, telles que la méthode de photoluminescence résolue dans le temps (TRPL), mesurent la durée de vie des porteurs à l'aide d'approches dynamiques sans déterminer les concentrations excédentaires exactes de porteurs présentes lors des mesures. Dans cet article, nous utilisons la méthode QSSPC (contactless quasi-steady-state), une technique de mesure développée pour mesurer la durée de vie dépendante de l'injection dans le silicium en couplant inductivement un échantillon éclairé à un pont RF tout en enregistrant simultanément l'intensité d'éclairage dépendant du temps. zitat sinton]. Nous appliquons pour la première fois la méthode, utilisée auparavant uniquement pour la caractérisation du silicium, à des couches de pérovskite aux halogénures métalliques et démontrons que les durées de vie ainsi que les concentrations excessives de porteurs peuvent être extraites des mesures en même temps. Afin d'élargir la plage d'injection des courbes de durée de vie dépendant de l'injection, nous combinons QSSPC avec des mesures TRPL et en déduisons les caractéristiques de tension implicites du soleil.

La technique de mesure de photoconductance quasi-stationnaire (QSSPC) est un outil standard dans le domaine photovoltaïque à base de silicium, où elle est couramment utilisée pour les mesures dépendantes de l'injection de la durée de vie du support des tranches de silicium. Il est basé sur le couplage inductif de l'échantillon semi-conducteur via une bobine à un circuit en pont RF dont la tension de sortie dépend linéairement de la photoconductance de l'échantillon mesuré. La méthodologie a été introduite par Sinton et Cuevas en 19966 et a évolué au cours des dernières décennies pour devenir un puissant outil sans contact et facile à appliquer pour la caractérisation des pertes de recombinaison en masse et en surface dans les tranches de silicium et les précurseurs de cellules solaires non métallisées. Dans cette contribution, nous appliquons pour la première fois la méthode QSSPC, utilisée auparavant uniquement pour la caractérisation du silicium, à des couches de pérovskite aux halogénures métalliques.