Spektrální zobrazování organických halidových perovkitů pro sluneční články

Text

Luminiscenční spektra jsou velmi důležitou charakteristikou každého polovodiče. Ukazují nejen na pozici zakázaného pásu, ale i na hustotu defektů ve zkoumaném polovodiči. [1, 2] Mapování luminiscence s vysokým prostorovým rozlišením tedy může pomoci odhalit nehomogenity materiálu, viz Obrázek 1. Ty významně ovlivňují makroskopicky naměřené vlastnosti, například i výslednou účinnost fotovoltaické přeměny. Halidové perovskity, které budou předmětem studie, patří k absolutní fotovoltaické špičce s účinnostmi více než 25%. [3]

Bodové měření mapy je ve většině případů časově náročné, konkrétně v případě halidových perovskitů dokonce nemožné, kvůli podstatné změně vlastností během měření. Proto jsme začali vyvíjet aparaturu na měření spekter z celé měřené oblasti najednou. Série luminiscenčních fotografíí pořízená zároveň se změnou hrany filtru v oblasti vyzařování polovodiče je možné převést do takzvané hyperspektrální krychle [4], zachycující fotoluminiscenci v každém bodě na vzorku. Hlavním úkolem práce bude přesné změření odezvy systému a kalibrace spektrální osy měření. Výsledky povedou k detekci nehomogenit a rekombinačních center, které dovolí diskutovat makroskopicky pozorované ztráty napětí fotovoltaického článku. Případná kombinace s lokálním měřením, například výstupní práce pomocí mikroskopu atomárních sil, povede k detailnímu pochopení rekombinačních procesů a nalezení možností je omezit. Ve výsledku tedy ke zdokonalení finálního solárního článku.

Obrázek. 1 Mapy maximální intenzity fotoluminiscence tenké vrstvy MAPbI3 a Urbachovi energie vypočtené z fotoluminiscenčních spekter.
Popis
Obrázek. 1 Mapy maximální intenzity fotoluminiscence tenké vrstvy MAPbI3 a Urbachovi energie vypočtené z fotoluminiscenčních spekter.

Doporučená literatura:

[1] De Wolf, S.; Holovsky, J.; Moon, S.-J.; Loeper, P.; Niesen, B.; Ledinsky, M.; Haug, F.-J.; Yum, J.-H.; Ballif, C. Organometallic Halide Perovskites: Sharp Optical Absorption Edge and Its Relation to Photovoltaic Performance. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1035−1039.

[2] Ledinsky, M.; Schönfeldová, T.; Holovský, J.; Aydin, E.; Hájková, Z.; Landová, L.; Neyková, N.; Fejfar, A.; De Wolf, S. Temperature Dependence of the Urbach Energy in Lead Iodide Perovskites. J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 1368−1373.

[3] https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html

[4] G. El-Hajje , C. Momblona , L. Gil-Escrig , J. Ávila , T. Guillemot , J. F. Guillemoles , M. Sessolo , H. J. Bolink and L. Lombez , Quantification of spatial inhomogeneity in perovskite solar cells by hyperspectral luminescence imaging, Energy Environ. Sci., 2016, 9 , 2286 —2294.