페로브스카이트-실리콘 탠덤에서 각 하위 셀의 PL을 측정하려면 파장 선택 여기와 스펙트럼 분해 감지 및 명시적 누화 검사를 결합합니다. 단파장 펌프는 페로브스카이트 상단 셀을 강조할 수 있는 반면, 장파장 펌프는 실리콘이 상단 스택을 통과하여 하단 셀에 흡수되는 경우 실리콘을 우선적으로 여기시킬 수 있습니다. 어느 선택도 순수한 신호를 보장하지 않습니다. 직렬형 태양전지 특성화 시스템은 방출 할당을 확인하고, 스펙트럼 중첩 및 광학 결합을 설명하고, 장치의 전기 상태를 보존해야 합니다. 카메라 이미지를 하위 셀 품질 맵으로 변환하기 전에 이러한 조건을 설정하십시오.
페로브스카이트-실리콘 탠덤은 밴드갭이 더 넓은 페로브스카이트 흡수체와 밴드갭이 더 낮은 실리콘 흡수체를 결합합니다. 밴드 에지 방출은 서로 다른 스펙트럼 영역을 차지하지만 실제 장치 스펙트럼에는 꼬리와 겹치는 기여가 포함될 수 있습니다.
상단 셀은 고에너지 입사광의 상당 부분을 흡수합니다. 실리콘은 상부 스택을 통해 전송되는 광자를 사용합니다. 모놀리식 2단자 장치에서 서브셀은 상호 연결을 통해 전기적으로 결합되며 작동 중에 직렬 전류를 공유합니다. 4단자 구조를 통해 다양한 전기 제어가 가능하므로 PL 측정을 해석하기 전에 아키텍처를 기록해 두십시오.
페로브스카이트 방출은 구성, 밴드갭, 온도 및 재료 상태에 따라 달라집니다. 실리콘 방출은 NIR의 간접 밴드 가장자리 근처에 있으며 약할 수 있습니다. 검출기 반응, 필터 전송, 캡슐화 및 전체 광학 스택은 측정된 균형을 변경합니다. 회로도에서 고립되어 보이는 파장 영역에는 실제 표본에 상당한 배경이 포함될 수 있습니다.
페로브스카이트의 하위 밴드갭 방출은 실리콘 감지 영역과 겹칠 수 있습니다. 또한, 상단 셀에서 방출된 광자는 하단 셀에 흡수되어 발광 결합을 생성할 수 있습니다. 이러한 효과는 다릅니다. 하나는 감지기에서 빛을 혼합할 수 있고 다른 하나는 흥분되는 모집단을 변경할 수 있습니다. 직렬 태양전지 특성화 시스템은 필터 라벨에 의존하기보다는 두 가지를 모두 테스트해야 합니다.
완성된 스택의 흡수 및 전송에서 여기 파장을 선택합니다. '상부 셀에 표시되고 실리콘에 대해 NIR이 표시됨'은 유용한 시작 규칙이지만 관련 흡수 가장자리와 기생 손실은 샘플마다 다릅니다.
상부 흡수체에 강하게 흡수되는 페로브스카이트 밴드갭 이상의 펌프를 선택하십시오. 여기를 거부하고 의도된 페로브스카이트 PL을 덮는 방출 수집 밴드를 사용합니다. 펌프 누출, 기판 형광 및 카메라 배경이 약한 영역을 지배하지 않는지 확인하십시오.
일부 펌프 빛은 불완전한 흡수, 질감 또는 국소 적용 범위 차이를 통해 여전히 실리콘에 도달할 수 있습니다. 따라서 상단 셀 여기 레시피는 전체 방출 스펙트럼과 가능한 경우 적절한 참조 구조를 사용하여 검증되어야 합니다. 감지 영역을 고정하면서 여기 파장을 변경하면 신호의 출처를 테스트하는 데 도움이 됩니다.
페로브스카이트 흡수 가장자리 아래에 있지만 실리콘의 밴드갭 위에 있고 상부 층을 통해 적절한 투과율을 갖는 광자를 선택하십시오. 필요에 따라 전달된 여기 또는 모델 스택 흡수를 측정합니다. 공칭 NIR 출력을 높이더라도 접점 또는 전송 레이어에 흡수된 알 수 없는 부분은 수정되지 않습니다.
게시된 파장 임계값은 보편적인 방법이 아닙니다. 한 연구에서는 실리콘 지배적 신호의 경우 최소 815nm의 여기가 필요하고 페로브스카이트 지배적 신호의 경우 750nm 이하의 여기가 필요했습니다. 실용적인 교훈은 모든 페로브스카이트 구성에 이러한 경계를 적용하는 대신 장치에 대한 파장 의존 선택성 테스트를 설정하는 것입니다.
두 채널 모두 목표가 정량적 비교인 경우 흡수된 광자 플럭스를 비교합니다. 두 개의 펌프 파장에서 동일한 입사 전력은 서로 다른 광자 플럭스와 서로 다른 흡수율을 제공합니다. 로컬 프로브가 조명되지 않은 장치 영역으로 둘러싸여 있는지 여부를 포함하여 조명 영역과 균일성을 기록합니다.
측정과제 |
자극 전략 |
탐지 요구 사항 |
확인 |
|---|---|---|---|
페로브스카이트 지배적 PL |
상단 셀 밴드갭 위; 강력한 최상층 흡수 |
펌프 거부 및 페로브스카이트 방출을 덮는 밴드 |
스펙트럼 및 여기 파장 확인 |
실리콘이 지배적인 PL |
상단 셀 가장자리 아래이지만 실리콘에 흡수됨 |
적절한 실리콘 방출 감도를 갖춘 NIR 수집 |
페로브스카이트 테일, 펌프 누출 및 바닥 셀 반응 확인 |
누화 평가 |
선택한 파장에서 여기를 반복합니다. |
최종 카메라 밴드보다 더 넓은 스펙트럼을 수집합니다. |
스펙트럼 형태와 채널 비율 비교 |
정량적 매핑 |
흡수된 광자 플럭스 및 전기 상태 제어 |
보정된 응답 및 공간 보정 |
참조 영역을 반복하고 기기 안정성을 확인합니다. |
두 개의 고정 이미징 채널을 사용하기 전에 대표적인 스펙트럼을 획득하세요. 측정된 방출, 여기 누출 및 검출기 응답을 사용하여 필터를 선택한 다음 해당 스펙트럼과 비교하여 필터링된 신호를 확인합니다.
Long-pass 필터는 전이 아래의 파장만 제거합니다. 해당 전이 위의 모든 빛을 원래 하위 셀로 구별하지는 않습니다. 실리콘 매핑의 경우 더 긴 파장의 수집 대역은 페로브스카이트 하위 밴드갭 꼬리를 계속 전송하면서 상단 셀 밴드 가장자리 빛을 줄일 수 있습니다. 0이라고 가정하는 대신 잔차 기여도를 테스트합니다.
중첩이 중요한 경우 분광계 또는 다중 대역과 정당한 스펙트럼 분리 모델을 사용하십시오. 참조 스펙트럼은 비슷한 조건에서 획득해야 하며 그 모양은 맵 전체에서 적절하게 유지되어야 합니다. 구성 요소 모양이 크게 달라지거나 추가 방출원이 생략되면 두 구성 요소를 혼합하지 않은 맞춤이 신뢰할 수 없게 됩니다.
실제 수집 영역 전체에서 필터 전송 및 검출기 응답을 측정합니다. 실리콘 검출기 감도는 장파장 컷오프 방향으로 감소합니다. InGaAs 채널은 실리콘 방출 대역과 필요한 신호 레벨에 따라 유용할 수 있습니다. 검출기의 공칭 파장 한계만으로는 대역 가장자리에서 유용한 감도를 입증하기에 충분하지 않습니다.
시간 해결 작업의 경우 각 스펙트럼 채널의 응답 및 카운트 통계를 독립적으로 확인합니다. 측정 없이 NIR 구성에 가시 채널 타이밍 사양을 할당해서는 안 됩니다. 플루언스, 펄스 간격 및 하위 셀의 전기적 결합도 관찰된 붕괴를 변경할 수 있습니다.
문서화된 여기/검출 레시피와 공유 좌표계를 사용하여 각 하위 셀을 매핑합니다. 기기의 불균일성을 샘플의 불균일성과 구별할 수 있도록 원시 이미지와 교정 데이터를 보존합니다.
장치를 기록합니다 . 아키텍처, 레이어 스택, 접촉 액세스, 캡슐화, 온도 및 빛 흡수 기록 등
선택적 여기 검증: 선택한 펌프 파장에서 방출 스펙트럼을 비교하고 흡수된 광자 플럭스를 추정합니다.
스펙트럼 분리 검증: 펌프 누출, 검출기 배경 및 다른 하위 셀의 잔류 기여도를 측정합니다.
두 개의 PL 맵을 획득합니다. 선형, 불포화 검출기 설정을 사용하고 노출 및 전기 조건을 문서화합니다.
수정 및 등록: 적절한 암흑, 평면 및 조명 수정을 적용한 다음 안정적인 기능을 사용하여 이미지를 정렬합니다.
분석 및 재확인: 스펙트럼 또는 강도 이상을 검사하고 참조 영역을 다시 방문하여 드리프트 또는 샘플 변화를 감지합니다.
개방 회로 특성화의 경우 장치가 실제로 의도한 상태에 있는지 확인하십시오. 2단자 직렬 방식의 선택적 여기는 하위 셀 간에 비정상적인 전압 분포와 결합을 생성할 수 있습니다. 다른 하위 셀에 바이어스 조명을 사용하는 경우 스펙트럼과 강도를 기록합니다. 해당 조건을 설정하지 않고 선택적으로 조명된 PL 맵을 작동점 측정이라고 부르지 마십시오.
공간 비교의 경우 공통 시야각을 사용하고 색 배율, 초점 및 점 확산 차이를 고려합니다. 잘못 등록된 이미지 간의 픽셀 대 픽셀 비율로 인해 잘못된 경계가 생성될 수 있습니다. 채널별 색상 스케일과 단위를 유지합니다. 공유된 디스플레이 범위는 원시 강도를 정량적으로 비교할 수 없게 만듭니다.
통제된 조건 하에서 상대적인 공간적 변화로 시작하십시오. 결함을 지정하거나 내재된 전압을 추출하려면 두 개의 강도 이미지 외에 추가적인 광학, 전기 및 교정 정보가 필요합니다.
상단 셀 영역이 어두우면 재조합 손실, 흡수 감소, 밴드갭 변경 또는 수집 변경을 나타낼 수 있습니다. 약한 실리콘 영역은 하단 셀 품질, 여기 전송, 상단 레이어 음영 또는 불충분한 검출기 응답을 반영할 수 있습니다. 미세한 메커니즘을 지정하기 전에 국소 스펙트럼과 보완적인 전기 측정을 비교하십시오.
강도에 따른 측정은 또 다른 차원을 추가합니다. Suns-PL은 발광 동작을 다양한 조명과 연관시키고 적절한 교정 및 모델 가정 하에서 내재 전압 또는 의사 JV 분석을 지원할 수 있습니다. 동시에 두 하위 셀의 조명과 해당 신호가 분리되는 방식을 정의합니다. 의사 JV 결과는 전류 추출 및 직렬 저항 손실 하에서 단자 동작을 자동으로 재현하지 않습니다.
타임 테크 스펙트럼의 SOLARIUM-L 직렬 특성화 시스템은 직렬 샘플에 대한 하위 셀 Suns-PL, PL/TRPL, EL 및 PL 분광학/강도/수명 이미징을 나열합니다. 예시된 레시피는 페로브스카이트 이미징을 위해 630nm 장대 통과로 450nm 여기를 사용하고, 실리콘 이미징을 위해 850nm 장대 통과로 825nm 여기를 사용합니다. 이는 입증된 측정 조건이지 보편적인 순도 보장은 아닙니다.
직렬 태양전지 특성화 시스템 사양의 경우 선택한 소스 파장, NIR 감도, 필터링 및 채널별 타이밍을 확인합니다. 특히, 나열된 400~1100nm TCSPC APD 대역은 전체 실리콘 방출 스펙트럼에 걸쳐 동일하게 강력한 감지가 가능하다는 증거로 해석되어서는 안 됩니다. 의도한 구성에 대한 샘플 기반 선택성 및 신호 대 잡음 테스트에 동의합니다.
신뢰할 수 있는 하위 셀 PL 측정은 여기 선택성에서 시작하여 감지된 신호가 주로 의도한 하위 셀에 속한다는 증거로 끝납니다. 결함을 해석하기 전에 스펙트럼을 사용하여 필터를 선택하고, 누화를 테스트하고, 전기 조건을 제어하고, 맵을 등록하십시오. 직렬형 태양전지 특성화 시스템은 이러한 검사를 실용적으로 만들고 교정 정보를 보존해야 합니다. 분광학 회사인 Time Tech Spectra는 직렬 PL 및 서브셀 Suns-PL 기능을 갖춘 SOLARIUM-L을 제공합니다. 특히 약한 실리콘 방출과 페로브스카이트 스펙트럼 꼬리가 겹치는 경우 실제 스택 주변의 정확한 소스 및 감지 구성을 선택합니다.
반드시 그런 것은 아닙니다. 반응 및 등록이 보정되면 순차적 스펙트럼 또는 이미징 구성이 작동할 수 있습니다. 획득 중에 샘플이 변경되면 동시 채널이 도움이 될 수 있습니다.
아니요. 흡수된 여기, 방출 스펙트럼, 수집 효율 및 검출기 반응은 다릅니다. 비교에 적합한 보정량을 사용하십시오.
아니요. 선택성은 상단 셀 흡수 가장자리와 전체 스택에 따라 달라집니다. 파장에 따른 방출과 가능한 하위 밴드갭 기여를 확인합니다.
PL은 유용한 재조합 정보를 제공하지만 전류 매칭에는 서브셀 분해 EQE 및 적절하게 제어되는 장치 측정과 같은 생성 및 전기 정보가 필요합니다.