基于微波介電法的光生載流子復(fù)合動力學(xué)診斷.pdf

1、微波介電譜測量技術(shù)是一種基于微波與物質(zhì)材料相互作用的測量技術(shù)。該測量技術(shù)具有非接觸測量，信號采集速度快和測量時間分辨高等優(yōu)點。因此，微波介電譜測量技術(shù)在光電功能材料載流子復(fù)合動力學(xué)診斷領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本文首先根據(jù)半導(dǎo)體光生載流子復(fù)合動力學(xué)的微波介電譜測量原理，搭建了微波介電譜測量系統(tǒng)，其中包括相關(guān)微波器件的選擇和微波介電譜測量系統(tǒng)的測試兩部分。在微波器件選擇方面，微波諧振腔是微波介電譜測量系統(tǒng)中的核心部件。本文使用 High F

2、requency Structure Simulator（HFSS）軟件對微波諧振腔中的電磁場分布進(jìn)行了模擬仿真。仿真結(jié)果顯示，仿真優(yōu)化結(jié)果與理論計算值一致；在 TE103諧振模式下，諧振腔內(nèi)電磁場分布的仿真結(jié)果顯示，電場強(qiáng)度最強(qiáng)的位置位于諧振腔的中央位置，并以此作為諧振腔側(cè)壁開縫的依據(jù)。在納秒脈沖（脈沖寬度5-7 ns）激發(fā)條件下，微波介電譜測量系統(tǒng)的時間分辨率可以到達(dá)15ns（高斯型儀器響應(yīng)函數(shù)，半高全寬），在飛秒脈沖（脈沖寬度小于

3、100 fs）激發(fā)條件下，系統(tǒng)測量時間分辨率可以達(dá)到1-2ns。有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦（CH3NH3PbX3, X-Cl、Br、I）作為一種新興的光伏材料，是目前太陽能電池領(lǐng)域研究的重點。對鈣鈦礦薄膜光生載流子復(fù)合動力學(xué)的研究可以為鈣鈦礦太陽能電池的設(shè)計與生產(chǎn)提供有力的科學(xué)依據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用微波介電譜測量技術(shù)，從光生載流子復(fù)合動力學(xué)的角度說明了 Cl元素的摻入對鈣鈦礦薄膜光物理特性的影響。實驗結(jié)果顯示，相比 CH

4、3NH3PbI3鈣鈦礦薄膜，CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦薄膜的自由載流子復(fù)合壽命從67 ns增加到157 ns，淺束縛能級（束縛能級深度5-30 meV）載流子復(fù)合壽命從290 ns增加到492 ns。此外，通過對比CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦薄膜的光生載流子復(fù)合動力學(xué)還發(fā)現(xiàn)，后者淺束縛能級載流子的熱活化過程對載流子復(fù)合動力學(xué)影響更為顯著。因此可以推斷，Cl元素的摻雜在薄膜中引入了更多的淺束縛態(tài)，同

5、時減少了深束縛態(tài)密度。⑵在共振激發(fā)模式下和非共振激發(fā)模式下對 CH3NH3PbBr3鈣鈦礦薄膜的光生載流子復(fù)合動力學(xué)進(jìn)行了測量。實驗結(jié)果表明，光生載流子復(fù)合過程分為一個快速衰減階段和一個緩慢衰減階段。當(dāng)自由載流子濃度減少到一定程度后，自由載流子與淺束縛能級（束縛能級深度5-30 meV）載流子達(dá)到熱平衡。具體而言，在共振激發(fā)模式下（558 nm），自由載流子和淺束縛能級載流子達(dá)到熱平衡所需要的時間大約是56 ns；而在非共振激發(fā)下（35