作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 DLCP技术
在n+ -p结中具有深陷阱态的p型半导体的能带弯曲示意图
x表示与结势垒的距离，在此处陷阱可以随着交流偏置dV动态改变其电荷状态
dX表示X相对于dV的微分变化
Ew是由Ew = kTln(w0/w)确定的分界能量(其中k是玻尔兹曼常数)
EC、EV和EF分别表示导带边缘、价带边缘和费米能级
(二)在不同交流频率下，由DLCP测量的硅太阳能电池的载流子密度与分布距离的关系
插图显示了设备结构示意图
(三)在露天溶液中合成块状磷酸铋单晶的示意图
(四)用空间限制生长法合成双层磷酸铋单晶的示意图
(五)陷阱密度与DLCP测量的磷酸铋单晶轮廓距离的关系
插图显示了设备结构
陷阱密度与双层MAPbI3薄单晶的轮廓距离的关系
插图显示了双层MAPbI3薄单晶的横截面扫描电镜图像
顶部和底部单晶的厚度分别为18和35毫米
学分:理科，doi: 10
1126/科学
aba0893 在一份发表在《科学》杂志上的新报告中，倪和一个研究小组在美国研究应用物理科学、机械和材料工程以及计算机和能源工程
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金属卤化物钙钛矿单晶多晶太阳能电池中陷阱态或缺陷的空间分布和能量分布
研究人员将金属卤化物钙钛矿(MHPs)的光伏性能归功于它们的高光学吸收系数、载流子迁移率、长电荷扩散长度和小Urbach能量(代表系统中的无序)
理论研究已经证明了由于钙钛矿的低形成能、结构缺陷和晶界而在材料表面形成深电荷陷阱的可能性，以指导钙钛矿太阳能电池中钝化技术的发展(化学反应性的损失)
电荷陷阱态在钙钛矿太阳能电池和其他器件的退化过程中起着重要作用
了解陷阱态在其空间和能量中的分布可以阐明电荷陷阱(缺陷)对钙钛矿材料和器件中电荷传输的影响，从而获得最佳性能
科学家们广泛使用热导纳谱(TAS)和热刺激电流(热刺激电流)方法来测量钙钛矿太阳能电池中的能量相关的陷阱态密度
这些方法通常可以达到接近0的陷阱深度
55电子伏——深度足以制造高效太阳能电池
为了探测宽带隙钙钛矿内存在的更深陷阱态，研究人员使用了表面光电压光谱和子带隙光电流等技术
然而，大多数技术不能应用于已经完成的太阳能装置来测量陷阱态的空间分布
在这项工作中，倪等人
演示了驱动级电容剖面法(DLCP)——一种基于电容的替代技术，用于提供钙钛矿中载流子和陷阱密度的良好表征的空间分布
科学家绘制了钙钛矿单晶和多晶薄膜中陷阱态的空间和能量分布图，以便直接比较
硅太阳能电池结电容随交流偏压幅度的变化
在交流频率为(1千赫)和(2)100千赫时测量的不同DC偏压下硅太阳能电池结电容相对于交流偏压幅度的变化
学分:理科，doi: 10
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aba0893 该团队开发了DLCP(驱动级电容分布)方法，以研究非晶硅等非晶和多晶半导体带隙中缺陷的空间分布
该方法可以直接确定载流子密度，包括半导体带隙内的自由载流子密度和陷阱密度以及它们在空间和能量上的分布
他们通过从低交流频率下测量的总载流子密度中减去高交流频率下测量的估计自由载流子密度来估计陷阱密度
这项技术使得研究小组能够推导出陷阱态的能量分布
为了验证使用DLCP方法测量的载流子密度的准确性，科学家们对在p型晶体硅(p-硅)晶片上制造的硅太阳能电池进行了DLCP测量，该晶片顶部具有n型扩散层硅(n+)
该测量与从电导率测量获得的磷硅晶片的掺杂剂浓度一致，以验证使用DLCP测量的载流子密度的准确性
为了使用DLCP来描绘载流子和陷阱密度，研究人员研究了从一个电极到反电极的整个器件，以了解平面结构钙钛矿太阳能电池中结的位置
该团队进行了几次实验，观察到钙钛矿电池通常在器件成分之间保持一个氮磷结
为了确定对应于物理材料深度的剖面深度，倪等人
构建了一个包含双层甲基铵碘化铅(MAPbI3)薄晶体的装置来定位电荷陷阱
当他们描绘工程装置的陷阱密度时，他们在18 m的描绘距离处获得了陷阱密度的峰值
MAPbI3薄单晶中陷阱态的空间分布
(一)在不同交流频率下，载流子密度与39毫米厚的MAPbI3薄单晶轮廓距离的关系，由DLCP测量
陷阱密度与在10千赫交流频率下测量的MAPbI3薄单晶轮廓距离的关系
在500千赫测量的载流子密度被视为自由载流子
机械抛光前、机械抛光后和含氧酸盐[(C8–NH3)2SO 4]处理后PTAA/氧化铟锡衬底上的MAPbI3薄单晶示意图
机械抛光前、机械抛光后和氧盐处理后，MAPbI3薄单晶的结势垒附近的陷阱密度
学分:理科，doi: 10
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aba0893 研究小组随后研究了钙钛矿单晶太阳能电池中的陷阱分布，并观察到第一个报道的MAPbI3单晶太阳能电池的最高功率转换效率(PCE)仅为17
9 %;远低于多晶太阳能电池
他们不知道限制薄晶体中载流子扩散的潜在机制，并使用合成晶体方法进行了DLCP测量，以研究陷阱密度和陷阱分布之间的关系
研究小组观察了典型的MAPbI3薄单晶中载流子密度的空间分布，他们使用空间限制生长方法在不同频率下合成了该单晶，并注意到载流子密度随着交流频率的降低而增加，这表明MAPbI3薄单晶中存在电荷陷阱
MAPbI3薄单晶中与厚度相关的陷阱密度分布
陷阱密度与在10千赫交流频率下测量的具有不同晶体厚度的三氧化二磷薄单晶的轮廓距离的关系
每个晶体的MAPbI3/C60界面位置对齐，以便进行比较
黑色虚线箭头表示不同厚度的MAPbI3单晶中最小陷阱密度NT min的变化趋势
(二)磷酸铋薄膜单晶中氮分压与晶体厚度的关系
水平虚线表示块状MAPbI3单晶中的NT最小值
插图显示了晶体生长过程中前体溶液在两块PTAA/氧化铟锡玻璃之间的层流示意图
箭头表示前体溶液的层流方向，箭头的长度表示层流速度
用TAS法测得的磷酸铋单晶的氧化镉
MAPbI3薄单晶的厚度为39毫米
由DLCP测量的MAPbI3薄单晶中陷阱态密度的空间和能量图
学分:理科，doi: 10
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aba0893 为了了解钙钛矿界面处深陷阱密度的来源，研究小组使用高分辨率透射电子显微镜检查了不同成分的钙钛矿样品
他们比较了不同组成的钙钛矿单晶和多晶薄膜之间的陷阱密度分布
薄单晶的陷阱密度分布比多晶薄膜低几个数量级
结果表明适当的表面改性工艺对于降低多晶薄膜界面处钙钛矿单晶中的陷阱密度以提高器件性能的重要性
研究结果为通过降低界面陷阱密度来提高钙钛矿太阳能电池和其他电子器件的性能指明了一个重要方向
钙钛矿薄膜中陷阱态的空间和能量分布
(一)Cs0的伏安曲线
05FA0
70MA0
25PbI3薄膜太阳能电池
插图显示了设备结构
在10千赫的交流频率下测量的太阳能电池中钙钛矿薄膜的陷阱密度与分布距离的关系
用TAS法测量的钙钛矿型薄膜太阳能电池的热释光
(四)DLCP测量的太阳能电池钙钛矿薄膜陷阱态密度的空间和能量图
(五)钙钛矿和PTAA堆的横截面高分辨透射电子显微镜图像
虚线方块标记了执行晶格快速傅立叶变换的区域，白色和黄色分别表示[111]和[2 1 0]的区域轴
红线表示刻面的方向
(六)(五)所示区域的快速傅里叶变换
基于磷酸铋多晶薄膜的平面结构太阳能电池的测量和模拟伏安曲线
模拟采用薄膜(单晶)体密度和界面陷阱密度
磷酸铋薄膜太阳能电池的PCE对体积和界面陷阱密度的依赖性
虚线表示注意到的某些PCE值的轮廓线
学分:理科，doi: 10
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aba0893 这样，倪和他的同事使用太阳能电池电容模拟器来模拟具有不同陷阱密度的薄膜和单晶钙钛矿太阳能电池
用DLCP测量法测量的陷阱范围足够深，可以预测太阳能电池的行为，降低材料s的整体陷阱密度，并将功率转换效率(PCE)提高到20%
通过降低界面陷阱密度，他们提高了PCE值，使其更接近于无陷阱薄膜太阳能电池观察到的PCE值
单晶太阳能电池的模拟数据与实验结果吻合较好，表明单晶太阳能电池的PCE效应可以在器件界面得到进一步改善，以获得更多的太阳光
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