Fast Lifetime Imaging for Perovskite Solar Cells Using Modulated

Optical Excitation

Puqun Wang 博士

新加坡太陽能(neng)研究所(suo)（SERIS）高級研究員

新(xin)加坡國(guo)立(li)大學太(tai)陽能研究(jiu)所(suo)Puqun Wang博(bo)士在(zai)(zai)SNEC國(guo)際(ji)論壇發(fa)表題為(wei)"利用(yong)(yong)(yong)調(diao)制光(guang)學激勵進行鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)太(tai)陽能電(dian)池的(de)(de)(de)快速壽命成像(xiang)"的(de)(de)(de)突(tu)破性研究(jiu)報告。該(gai)研究(jiu)創新(xin)性地(di)采用(yong)(yong)(yong)1 kHz調(diao)制頻率的(de)(de)(de)532 nm激光(guang)激發(fa)源，結合相位敏感檢測(ce)(ce)技術，實現(xian)了(le)(le)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)速度(du)(du)達5秒/幀的(de)(de)(de)載流(liu)子(zi)壽命快速成像(xiang)，較(jiao)傳統瞬態光(guang)致發(fa)光(guang)（TRPL）技術提升兩個數(shu)(shu)量(liang)(liang)(liang)級。關鍵技術突(tu)破在(zai)(zai)于(yu)同步(bu)獲(huo)取相位壽命（τ_phase）和調(diao)制壽命（τ_mod）雙參(can)數(shu)(shu)成像(xiang)，實驗(yan)數(shu)(shu)據(ju)顯示，在(zai)(zai)標準鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)薄膜(mo)樣品(pin)(pin)中(zhong)，τ_phase為(wei)87.6±3.2 ns，τ_mod為(wei)139.0±5.8 ns，二者42%的(de)(de)(de)差(cha)異首(shou)次定量(liang)(liang)(liang)揭示了(le)(le)載流(liu)子(zi)復合動力學的(de)(de)(de)空間非均勻(yun)性。通過μPCD（微波光(guang)電(dian)導衰(shuai)減(jian)）和閃光(guang)法(fa)交叉驗(yan)證，該(gai)技術壽命測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)誤(wu)差(cha)控制在(zai)(zai)±5%以內，空間分辨率達10 μm。研究(jiu)特別展(zhan)示了(le)(le)在(zai)(zai)鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)-硅疊層電(dian)池金屬化(hua)工藝中(zhong)的(de)(de)(de)在(zai)(zai)線(xian)檢測(ce)(ce)應(ying)用(yong)(yong)(yong)，成功(gong)捕捉到(dao)前驅體(ti)結晶過程中(zhong)形成的(de)(de)(de)200-300 μm尺度(du)(du)異質(zhi)結晶域，其τ_phase波動幅度(du)(du)達35%，這一(yi)發(fa)現(xian)為(wei)工藝優化(hua)提供(gong)了(le)(le)直接依據(ju)。該(gai)技術實現(xian)了(le)(le)從(cong)實驗(yan)室樣品(pin)(pin)（2×2 cm2）到(dao)產線(xian)尺寸(cun)（15×15 cm2）的(de)(de)(de)全尺度(du)(du)檢測(ce)(ce)能力，PL強度(du)(du)與壽命圖(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)相關系數(shu)(shu)分析(xi)（R2=0.73）證實了(le)(le)其在(zai)(zai)量(liang)(liang)(liang)化(hua)缺(que)陷密度(du)(du)方面的(de)(de)(de)可靠性，為(wei)鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)光(guang)伏(fu)器件(jian)的(de)(de)(de)產業化(hua)質(zhi)量(liang)(liang)(liang)控制建立(li)了(le)(le)新(xin)的(de)(de)(de)表征(zheng)范式。