太陽能電池分析技術(shù)(9)：強(qiáng)度調(diào)制光電流譜 IMPS

  強(qiáng)度調(diào)制光電流譜（IMPS）

強(qiáng)度調(diào)制光電流譜（IMPS）測試中，對器件施以正弦變化的調(diào)制光強(qiáng)照射，同時保持恒定電壓并測量光電流。該實驗可用于表征電荷載流子傳輸特性并計算傳輸時間。

圖1. IMPS典型曲線

調(diào)制光強(qiáng)L（t）描述為：

圖2

其中 L₀ 是偏置光強(qiáng)，Lamp 是調(diào)制振幅（通常為 L₀ 的 5-10% ） ， ω 是角頻率 2?π?f。與阻抗譜一樣，IMPS理論基于器件在工作點的線性化，只要光強(qiáng)振幅Lamp足夠小，通常這就是有效的。在這種情況下，電流也呈現(xiàn)正弦變化，研究其相移和振幅。復(fù)合 IMPS 量Z_IMPS根據(jù)圖3計算

圖3

其中 N 是周期數(shù)，T 是周期 1/f，i 是虛數(shù)單位，ω 是角頻率。IMPS的概念和分析類似于阻抗譜 - 在阻抗譜中，是調(diào)制電壓，在IMPS中，是調(diào)制光。

1985年，Li和Peter提出了第一個描述半導(dǎo)體-電解質(zhì)界面的IMPS理論。后來它被改進(jìn)并經(jīng)常用于表征染料敏化太陽能電池（DSSC）。對 IMPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，傳輸時間常數(shù)T_tr根據(jù)圖4計算

圖4

其中f_peak是 IMPS 量的虛部達(dá)到最大值的頻率。在染料敏化太陽能電池中，電子擴(kuò)散系數(shù)根據(jù)傳輸時間常數(shù)（Dn= d2/（2.35?T_tr)計算得出。

IMPS也被用作研究體異質(zhì)結(jié)太陽能電池形態(tài)相的成像技術(shù)。在鈣鈦礦太陽能電池中，在10Hz處觀察到第二個峰值，并歸因于離子運動。

圖5顯示了所有情況下 IMPS 模擬的虛部。在所有情況下，在高頻處都觀察到一個峰值。它可能與電荷傳輸有關(guān) - 只有在"低遷移率"（b）的情況下會導(dǎo)致傳輸時間常數(shù)明顯變長，因此峰值移向更低的頻率。俘獲和釋放（c）以及提取勢壘（a）可能導(dǎo)致在低頻下的額外峰值/雙峰。在所有瞬態(tài)實驗中，串聯(lián)電阻減緩了電荷傳輸（d），從而將峰值移至更低的頻率。所有其他情況均無明顯特征。

在某些測量中，觀察到IMPS中的兩個峰值。如果電子和空穴遷移率不平衡，則可能會出現(xiàn)這種情況。

  以上所有模擬仿真使用軟件：Setfos