วิธีการวัด PL ของแต่ละเซลล์ย่อยใน Perovskite–Silicon Tandems

ในการวัด PL ของแต่ละเซลล์ย่อยในแบบเพอร์รอฟสไกต์ – ซิลิคอนตีคู่ ให้รวมการกระตุ้นแบบเลือกความยาวคลื่นเข้ากับการตรวจจับที่ได้รับการแก้ไขทางสเปกตรัมและการตรวจสอบการพูดคุยข้ามอย่างชัดเจน ปั๊มที่มีความยาวคลื่นสั้นสามารถเน้นไปที่เซลล์ส่วนบนของเพอร์รอฟสไกต์ ในขณะที่ปั๊มที่มีความยาวคลื่นยาวสามารถกระตุ้นซิลิคอนได้เป็นพิเศษหากผ่านชั้นบนสุดและถูกดูดซับในเซลล์ด้านล่าง ไม่มีทางเลือกใดรับประกันสัญญาณที่บริสุทธิ์ ระบบระบุลักษณะเฉพาะของเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงกันจะต้องตรวจสอบการกำหนดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก คำนึงถึงสเปกตรัมที่ทับซ้อนกันและการมีเพศสัมพันธ์ทางแสง และรักษาสถานะทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ สร้างเงื่อนไขเหล่านั้นก่อนที่จะแปลงภาพของกล้องให้เป็นแผนที่คุณภาพเซลล์ย่อย

ทำความเข้าใจว่าอะไรแยกช่องทางการปล่อยก๊าซทั้งสองออกจากกัน

perovskite-silicon ตีคู่กันรวมเอาตัวดูดซับ perovskite ที่มีแถบความถี่กว้างกว่าเข้ากับตัวดูดซับซิลิคอนที่มีแถบความถี่ต่ำกว่า การปล่อยขอบแถบความถี่นั้นครอบคลุมพื้นที่สเปกตรัมที่แตกต่างกัน แต่สเปกตรัมของอุปกรณ์จริงสามารถมีส่วนหางและส่วนที่ทับซ้อนกันได้

เซลล์ด้านบนดูดซับแสงตกกระทบที่มีพลังงานสูงเป็นส่วนใหญ่ ซิลิคอนใช้โฟตอนที่ส่งผ่านสแต็กบน ในอุปกรณ์สองขั้วเสาหิน เซลล์ย่อยจะถูกเชื่อมต่อทางไฟฟ้าผ่านการเชื่อมต่อโครงข่าย และแบ่งปันกระแสอนุกรมระหว่างการทำงาน โครงสร้างสี่ขั้วทำให้มีการควบคุมทางไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ดังนั้นควรบันทึกสถาปัตยกรรมก่อนตีความการวัด PL

การปล่อยก๊าซเปอร์รอฟสกี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ แถบความถี่ อุณหภูมิ และสถานะของวัสดุ การปล่อยซิลิคอนอยู่ใกล้กับขอบแถบทางอ้อมใน NIR และอาจอ่อนแอได้ การตอบสนองของเครื่องตรวจจับ การส่งผ่านตัวกรอง การห่อหุ้ม และสแต็กออปติคอลทั้งหมดจะเปลี่ยนสมดุลที่วัดได้ บริเวณความยาวคลื่นที่ดูโดดเดี่ยวในแผนผังอาจมีพื้นหลังจำนวนมากในตัวอย่างจริง

การปล่อย Sub-bandgap จาก perovskite สามารถทับซ้อนบริเวณการตรวจจับซิลิคอน นอกจากนี้ โฟตอนที่ปล่อยออกมาจากเซลล์ด้านบนสามารถถูกดูดซับโดยเซลล์ด้านล่าง ทำให้เกิดการเชื่อมต่อแบบเรืองแสง เอฟเฟกต์เหล่านี้แตกต่างกัน: เอฟเฟกต์หนึ่งสามารถผสมแสงที่เครื่องตรวจจับได้ ในขณะที่เอฟเฟกต์อื่น ๆ จะทำให้ประชากรตื่นเต้นกัน ระบบจำแนกลักษณะเฉพาะของเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงกันควรทดสอบทั้งสองอย่าง แทนที่จะอาศัยฉลากตัวกรอง

สร้างการกระตุ้นแบบเลือกบนอุปกรณ์จริง

เลือกความยาวคลื่นกระตุ้นจากการดูดกลืนและการส่งผ่านของปึกสำเร็จรูป 'มองเห็นได้สำหรับเซลล์บนสุดและ NIR สำหรับซิลิคอน' เป็นกฎเริ่มต้นที่มีประโยชน์ แต่ขอบการดูดกลืนแสงที่เกี่ยวข้องและการสูญเสียปรสิตนั้นเป็นค่าเฉพาะตัวอย่าง

เน้นเซลล์บนของเพอรอฟสไกต์

เลือกปั๊มที่อยู่เหนือช่องว่างแถบเปอร์รอฟสไกต์ที่ถูกดูดซับอย่างแรงที่ตัวดูดซับด้านบน ใช้แถบรวบรวมการปล่อยก๊าซที่ปฏิเสธการกระตุ้นและครอบคลุม perovskite PL ที่ต้องการ ตรวจสอบว่าการรั่วของปั๊ม สารเรืองแสงของสารตั้งต้น และพื้นหลังของกล้องไม่ครอบคลุมบริเวณที่อ่อนแอ

ไฟปั๊มบางดวงยังคงสามารถเข้าถึงซิลิคอนได้ผ่านการดูดซับที่ไม่สมบูรณ์ พื้นผิว หรือการครอบคลุมเฉพาะจุด ดังนั้นสูตรการกระตุ้นเซลล์บนสุดจึงควรได้รับการตรวจสอบด้วยสเปกตรัมการปล่อยก๊าซแบบเต็ม และโครงสร้างอ้างอิงที่เหมาะสม (หากมี) การเปลี่ยนความยาวคลื่นการกระตุ้นในขณะที่รักษาขอบเขตการตรวจจับให้คงที่จะช่วยทดสอบต้นกำเนิดของสัญญาณ

เน้นเซลล์ด้านล่างของซิลิโคน

เลือกโฟตอนที่อยู่ใต้ขอบการดูดกลืนแสงของเพอร์รอฟสไกต์ แต่อยู่เหนือแถบแบนด์ของซิลิคอน โดยมีการส่งผ่านที่เพียงพอผ่านชั้นบน วัดการกระตุ้นที่ส่งผ่านหรือการดูดซึมสแต็กแบบจำลองตามความจำเป็น การเพิ่มกำลัง NIR ที่ระบุไม่สามารถแก้ไขเศษส่วนที่ไม่ทราบค่าที่ถูกดูดซับในชั้นสัมผัสหรือชั้นการขนส่ง

เกณฑ์ความยาวคลื่นที่เผยแพร่ไม่ใช่สูตรอาหารสากล การตรวจสอบแบบตีคู่หนึ่งรายการจำเป็นต้องมีการกระตุ้นอย่างน้อย 815 นาโนเมตรสำหรับสัญญาณที่โดดเด่นของซิลิคอน และไม่เกิน 750 นาโนเมตรสำหรับสัญญาณที่โดดเด่นของเพอร์รอฟสไกต์ บทเรียนเชิงปฏิบัติคือการสร้างการทดสอบการเลือกตามความยาวคลื่นสำหรับอุปกรณ์ของคุณ แทนที่จะใช้ขอบเขตเหล่านั้นกับองค์ประกอบเพอร์รอฟสไกต์ทุกรายการ

สำหรับช่องใดช่องหนึ่ง ให้เปรียบเทียบฟลักซ์โฟตอนที่ถูกดูดกลืนเมื่อเป้าหมายคือการเปรียบเทียบเชิงปริมาณ กำลังตกกระทบที่เท่ากันที่ความยาวคลื่นของปั๊มสองตัวจะให้ฟลักซ์โฟตอนต่างกันและเศษส่วนการดูดกลืนแสงต่างกัน บันทึกพื้นที่และความสม่ำเสมอของการส่องสว่าง รวมถึงว่าหัววัดเฉพาะที่ล้อมรอบด้วยพื้นที่อุปกรณ์ที่ไม่มีแสงสว่างหรือไม่

แยกสเปกตรัมก่อนเลือกตัวกรองการทำแผนที่

รับสเปกตรัมตัวแทนก่อนที่จะส่งไปยังช่องสัญญาณภาพคงที่สองช่อง เลือกตัวกรองโดยใช้การปล่อยที่วัดได้ การรั่วไหลของการกระตุ้น และการตอบสนองของเครื่องตรวจจับ จากนั้นตรวจสอบสัญญาณที่กรองกับสเปกตรัมเหล่านั้น

ตัวกรองความถี่ผ่านยาวจะลบเฉพาะความยาวคลื่นที่อยู่ใต้การเปลี่ยนแปลงเท่านั้น มันไม่ได้แยกแยะแสงทั้งหมดที่อยู่เหนือการเปลี่ยนผ่านนั้นด้วยเซลล์ย่อยที่กำเนิดของมัน สำหรับการทำแผนที่ซิลิคอน แถบรวบรวมที่มีความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นสามารถลดแสงที่ขอบแถบเซลล์ด้านบนได้ ในขณะที่ยังคงส่งส่วนหางแถบแถบความถี่ย่อยของ perovskite ทดสอบการมีส่วนร่วมที่เหลือแทนที่จะสมมติว่าเป็นศูนย์

ในกรณีที่การทับซ้อนกันเป็นสิ่งสำคัญ ให้ใช้สเปกโตรมิเตอร์หรือหลายย่านความถี่และแบบจำลองการแยกสเปกตรัมที่สมเหตุสมผล สเปกตรัมอ้างอิงควรได้มาภายใต้เงื่อนไขที่เทียบเคียงได้ และรูปร่างของสเปกตรัมควรคงไว้อย่างเหมาะสมทั่วทั้งแผนที่ ความพอดีที่ไม่ผสมสององค์ประกอบจะไม่น่าเชื่อถือหากรูปร่างของส่วนประกอบแตกต่างกันอย่างมากหรือละเว้นแหล่งกำเนิดการปล่อยเพิ่มเติม

วัดการส่งผ่านตัวกรองและการตอบสนองของเครื่องตรวจจับทั่วทั้งขอบเขตการรวบรวมตามจริง ความไวของเครื่องตรวจจับซิลิคอนจะลดลงตามจุดตัดความยาวคลื่นยาว ช่อง InGaAs อาจมีประโยชน์ขึ้นอยู่กับแถบการปล่อยซิลิคอนและระดับสัญญาณที่ต้องการ ขีดจำกัดความยาวคลื่นที่กำหนดของเครื่องตรวจจับเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่แสดงถึงความไวที่เป็นประโยชน์ที่ขอบแถบความถี่

สำหรับงานที่ต้องแก้ไขตามเวลา ให้ตรวจสอบการตอบสนองและนับสถิติในแต่ละช่องสเปกตรัมโดยแยกจากกัน ไม่ควรกำหนดข้อกำหนดกำหนดเวลาของช่องที่มองเห็นได้ให้กับการกำหนดค่า NIR โดยไม่มีการวัด ความคล่องแคล่ว ระยะห่างของพัลส์ และการมีเพศสัมพันธ์ทางไฟฟ้าของเซลล์ย่อยยังสามารถเปลี่ยนการสลายตัวที่สังเกตได้

รับแผนที่ที่ลงทะเบียนพร้อมเงื่อนไขขอบเขตที่ควบคุม

แมปเซลล์ย่อยแต่ละเซลล์โดยใช้สูตรการกระตุ้น/การตรวจจับที่บันทึกไว้ และระบบพิกัดที่ใช้ร่วมกัน เก็บรักษารูปภาพดิบและข้อมูลการสอบเทียบ เพื่อให้สามารถแยกแยะความไม่สม่ำเสมอของเครื่องมือจากความไม่สม่ำเสมอของตัวอย่างได้

1. บันทึกอุปกรณ์: สถาปัตยกรรม เลเยอร์สแต็ก การเข้าถึงหน้าสัมผัส การห่อหุ้ม อุณหภูมิ และประวัติการแช่แสง

2. ตรวจสอบความถูกต้องของการกระตุ้นแบบเลือกสรร: เปรียบเทียบสเปกตรัมการปล่อยก๊าซที่ความยาวคลื่นของปั๊มที่เลือก และประมาณค่าโฟตอนฟลักซ์ที่ดูดซับ

3. ตรวจสอบการแยกสเปกตรัม: วัดการรั่วของปั๊ม พื้นหลังของเครื่องตรวจจับ และส่วนตกค้างจากเซลล์ย่อยอื่น

4. รับแผนที่ PL สองแผนที่: ใช้การตั้งค่าเครื่องตรวจจับเชิงเส้นและไม่อิ่มตัว และการเปิดรับเอกสารและสภาวะทางไฟฟ้า

5. แก้ไขและบันทึก: ใช้การแก้ไขความมืด สนามเรียบ และความสว่างที่เหมาะสม จากนั้นจัดตำแหน่งภาพโดยใช้คุณสมบัติที่เสถียร

6. วิเคราะห์และตรวจสอบอีกครั้ง: ตรวจสอบความผิดปกติทางสเปกตรัมหรือความเข้ม และตรวจดูพื้นที่อ้างอิงอีกครั้งเพื่อตรวจจับการเบี่ยงเบนหรือการเปลี่ยนแปลงของตัวอย่าง

สำหรับการระบุลักษณะเฉพาะของวงจรเปิด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์อยู่ในสถานะที่ต้องการจริงๆ การกระตุ้นแบบเลือกสรรตามลำดับสองขั้วสามารถสร้างการกระจายแรงดันไฟฟ้าที่ผิดปกติและการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างเซลล์ย่อย หากใช้การส่องสว่างแบบอคติกับเซลล์ย่อยอื่น ให้บันทึกสเปกตรัมและความเข้มของมัน อย่าเรียกแผนที่ PL ที่ส่องสว่างแบบเลือกสรรว่าเป็นการวัดจุดปฏิบัติการโดยไม่สร้างเงื่อนไขที่สอดคล้องกัน

สำหรับการเปรียบเทียบเชิงพื้นที่ ให้ใช้ขอบเขตการมองเห็นทั่วไปและพิจารณาการขยายสี โฟกัส และความแตกต่างของการกระจายจุด อัตราส่วนพิกเซลต่อพิกเซลระหว่างภาพที่ลงทะเบียนไม่ดีสามารถสร้างขอบเขตที่ผิดได้ คงระดับสีและหน่วยสีเฉพาะช่องไว้ ช่วงการแสดงผลที่ใช้ร่วมกันไม่ได้ทำให้ความเข้มของข้อมูลดิบสามารถเปรียบเทียบได้ในเชิงปริมาณ

ตีความคอนทราสต์ของเซลล์ย่อยและเลือกระบบที่ต้องการ

เริ่มต้นด้วยความแปรผันเชิงพื้นที่สัมพัทธ์ภายใต้สภาวะควบคุม การกำหนดข้อบกพร่องหรือการแยกแรงดันไฟฟ้าโดยนัยต้องใช้ข้อมูลออปติคอล ไฟฟ้า และการสอบเทียบเพิ่มเติมนอกเหนือจากภาพความเข้มสองภาพ

บริเวณเซลล์บนสุดสีเข้มอาจบ่งบอกถึงการสูญเสียการรวมตัวใหม่ การดูดซึมลดลง แถบความถี่ที่เปลี่ยนแปลง หรือการรวมตัวกันที่เปลี่ยนแปลง บริเวณซิลิคอนที่อ่อนแออาจสะท้อนถึงคุณภาพของเซลล์ด้านล่าง การส่งผ่านของการกระตุ้น การแรเงาชั้นบนสุด หรือการตอบสนองของตัวตรวจจับที่ไม่เพียงพอ เปรียบเทียบสเปกตรัมเฉพาะที่กับการวัดทางไฟฟ้าเสริมก่อนกำหนดกลไกระดับจุลภาค

การวัดที่ขึ้นกับความเข้มจะเพิ่มมิติใหม่ Suns-PL เชื่อมโยงพฤติกรรมการเรืองแสงกับการส่องสว่างที่แตกต่างกัน และสามารถรองรับการวิเคราะห์แรงดันโดยนัยหรือ JV เทียมภายใต้สมมติฐานการสอบเทียบและแบบจำลองที่เหมาะสม กำหนดความสว่างของเซลล์ย่อยทั้งสองและวิธีแยกสัญญาณตามลำดับ ผลลัพธ์ Pseudo-JV จะไม่สร้างพฤติกรรมของเทอร์มินัลโดยอัตโนมัติภายใต้การแยกกระแสและการสูญเสียความต้านทานอนุกรม

ไทม์ เทค สเปคตร้า ระบบการระบุลักษณะแบบเรียงตามกันของ SOLARIUM-L แสดงรายการเซลล์ย่อย Suns-PL, PL/TRPL, EL และ PL สเปกโทรสโกปี/ความเข้ม/การถ่ายภาพตลอดอายุการใช้งานสำหรับตัวอย่างแบบเรียงกัน สูตรที่แสดงไว้ใช้การกระตุ้น 450 นาโนเมตรโดยมีการส่งผ่านระยะยาว 630 นาโนเมตรสำหรับการถ่ายภาพด้วยเพอร์รอฟสไกต์ และการกระตุ้น 825 นาโนเมตรด้วยการส่งผ่านระยะยาว 850 นาโนเมตรสำหรับการถ่ายภาพซิลิคอน สิ่งเหล่านี้แสดงให้เห็นเงื่อนไขการวัด ไม่ใช่การรับประกันความบริสุทธิ์สากล

สำหรับข้อกำหนดคุณลักษณะระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงกัน ให้ยืนยันความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดที่เลือก ความไวของ NIR การกรอง และระยะเวลาเฉพาะช่องสัญญาณ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไม่ควรตีความย่านความถี่ TCSPC APD ขนาด 400–1100 นาโนเมตรที่ระบุว่าเป็นข้อพิสูจน์การตรวจจับที่แข็งแกร่งพอๆ กันในสเปกตรัมการปล่อยซิลิคอนแบบเต็ม เห็นด้วยกับการทดสอบการเลือกตามตัวอย่างและการทดสอบสัญญาณต่อเสียงรบกวนสำหรับการกำหนดค่าที่ต้องการ

บทสรุป

การวัดค่า PL ของเซลล์ย่อยที่เชื่อถือได้เริ่มต้นด้วยการเลือกสรรการกระตุ้น และจบลงด้วยหลักฐานว่าสัญญาณที่ตรวจพบส่วนใหญ่เป็นของเซลล์ย่อยที่ต้องการ ใช้สเปกตรัมเพื่อเลือกตัวกรอง ทดสอบสัญญาณรบกวน ควบคุมสภาวะทางไฟฟ้า และลงทะเบียนแผนที่ก่อนตีความข้อบกพร่อง ระบบแสดงลักษณะเฉพาะของเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงกันควรทำให้การตรวจสอบเหล่านี้ใช้งานได้จริงและรักษาข้อมูลการสอบเทียบไว้ Time Tech Spectra บริษัทด้านสเปกโทรสโกปี นำเสนอ SOLARIUM-L พร้อมความสามารถ PL แบบคู่และความสามารถ Subcell ของ Suns-PL เลือกแหล่งที่มาที่แน่นอนและการกำหนดค่าการตรวจจับรอบๆ สแต็กจริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการปล่อยซิลิคอนในระดับอ่อนและส่วนหางสเปกตรัมของเพอร์รอฟสไกต์ทับซ้อนกัน

คำถามที่พบบ่อย

ระบบแสดงลักษณะเฉพาะของเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงกันจำเป็นต้องมีกล้องสองตัวหรือไม่

ไม่จำเป็น. การกำหนดค่าสเปกตรัมหรือการถ่ายภาพตามลำดับสามารถทำงานได้หากมีการปรับเทียบการตอบสนองและการลงทะเบียน ช่องทางพร้อมกันอาจช่วยได้เมื่อตัวอย่างเปลี่ยนแปลงระหว่างการรับข้อมูล

สามารถเปรียบเทียบเซลล์ย่อยทั้งสองโดยใช้ความสว่างดิบได้หรือไม่

ไม่ การกระตุ้นแบบดูดซับ สเปกตรัมการปล่อยก๊าซ ประสิทธิภาพการรวบรวม และการตอบสนองของตัวตรวจจับแตกต่างกัน ใช้ปริมาณที่สอบเทียบแล้วเหมาะสมกับการเปรียบเทียบ

การกระตุ้นด้วย NIR จะเลือกเฉพาะซิลิคอนเสมอหรือไม่?

ไม่ การเลือกขึ้นอยู่กับขอบการดูดกลืนแสงของเซลล์บนและสแต็กทั้งหมด ตรวจสอบการปล่อยแสงที่ขึ้นกับความยาวคลื่นและการมีส่วนร่วมของแถบความถี่ย่อยที่เป็นไปได้

เซลล์ย่อย PL สามารถระบุความไม่ตรงกันในปัจจุบันได้โดยตรงหรือไม่

PL ให้ข้อมูลการรวมตัวใหม่ที่เป็นประโยชน์ แต่การจับคู่ในปัจจุบันจำเป็นต้องมีข้อมูลการสร้างและข้อมูลทางไฟฟ้า เช่น EQE ที่แก้ไขเซลล์ย่อยและการวัดอุปกรณ์ที่มีการควบคุมอย่างเหมาะสม