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技术文章

超连续谱白光光源在钙钛矿光伏特征研究中的应用

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钙钛矿-顶刊钉子户

大多数常规的太阳能电池由夹在两个电极之间的硅层制成。硅太阳能电池寿命长且非常稳定,但也有其局限性。其中一种局限性在于它们无法吸收太阳光谱中所有波长的能量。但是钙钛矿却有望成为太阳能电池的候选材料。

钙钛矿可以很容易的在低温工艺中由普通盐制成,这是它们的一个优势,例如旋涂,并且可以制成墨水,然后印刷到柔性基板上,形成柔性太阳能电池。钙钛矿的另一个优势是通过设计可以比硅更有效地吸收太阳的波长。

钙钛矿是大量具有钙钛矿晶体结构的化合物。化学通式为abx3,其中a和b为阳离子,x为阴离子。

现阶段仍需要大量研究工作以改善钙钛矿光伏材料的缩放比例、稳定性、寿命以及如何消除缺陷以提高效率。如今,由晶体硅制成的太阳能电池的效率高于25%。钙钛矿太阳能电池已经从2012年的13%增长到20%以上!

图1:太阳能电池的功率转换效率。由ossila提供。

研究人员使用激光来研究光如何与微米级的钙钛矿发生光谱和动态相互作用,这种方法已经广泛应用。与传统光源相比,激光可以进行更深入的分析,以推进钙钛矿研究的突破。现阶段的挑战之一是找到a,b和x的组成。

吸收效率测量:

使用超连续光谱激光进行效率映射

了解钙钛矿晶体对太阳光谱不同波长的吸收效率至关重要。可以通过光电流光谱法和成像来进行吸收效率测量。

我们的superk白光激光器和superk varia滤光器件可提供超宽光谱范围用以代替研究材料所需的太阳光谱。superk提供皮秒级脉冲输出和高品质光束,能够以衍射极限研究材料光学特性。测量吸收系数和折射率的设置如图4所示。

采集光谱和时间数据:

用皮秒脉冲激光器研究结构特性

结构特性,例如样品的均匀性和缺陷,可以帮助理解材料的局限性。在这个领域,高光谱成像和激子扩散映射可以派上用场。superk白光激光器的光谱和皮秒脉冲特性支持同时采集光谱和时间数据。

superk激光器的独特特性使您可以在可见光谱和近红外光谱中的任何波长处都有一个皮秒脉冲源。结合单光子检测,可以在微米尺度上绘制激发粒子寿命和扩散长度的图谱,揭示出只有通过superk技术的多功能性才能实现的激发粒子动力学和缺陷密度。

在其装置中使用我们的超级激光和可调滤光镜的钙钛矿研究人员的例子

一、路德维希马克西米利安斯大学,urban教授小组

urban教授小组使用图2中的装置来测量激发离子寿命。

superk激光器,光谱仪和快速单光子检测器(apd)的组合使获得光谱和光子寿命信息成为可能。高功率使得能够从高吸收性材料中更快地进行采集。

必须用短波长以尽可能接近标准太阳光谱(例如astmg-173-03),这使我们的superk fiu-15或exu-6成为好的选择。

 

图2:由a.s.urban教授的纳米光谱小组提供。

urban教授的小组在图2的设置中添加了摄像机,以实现激子扩散长度的测量,请参见图3。

 

图3:由a.s.urban教授的纳米光谱小组提供。

二、莎拉•布里特曼(sarah brittman)和埃里克•加内特(erik c. garnett),阿莫夫纳米光学中心研究所

sarah brittman和erik c.garnett正在执行折射率和吸收系数成像。来自超连续谱激光器的光被声光可调滤波器(superk select aotf)过滤,并被物镜聚焦到样品上,样品被安装在压电台上。

三个光电探测器分别测量通过扫描aotf产生的每个波长的入射光束,透射光束和反射光束。半波片用于控制激光器的偏振。使用后视镜,镜头和照相机对样品成像以定位晶体。

图4:由sarah brittman和erik c. garnett提供。

 

superk超连续谱激光器应用领域

  • 泵浦探测光谱

  • 折射率

  • 吸收系数成像

  • 光致发光

  • 发射(激发)寿命;多维度

  • 量子效率(ipce与qe);太阳模拟

  • 单光子计数

 

使用我们的superk白光激光,superk select和superk varia来描述钙钛矿研究的论文

nonradiative energy transfer between thickness-controlled halide perovskite nanoplatelets by andreas singldinger, moritz gramlich, christoph gruber, carola lampe, and alexander s. urban published in acs energy letters 0, 5. doi: 10.1021/acsenergylett.0c00471.

measuring n and k at the microscale in single crystals of ch3nh3pbbr3 perovskite by sarah brittman and erik c. garnett, published in the journal of physical chemistry c 2016 120 (1), 616-620. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b11075.

impact of excess lead iodide on the recombination kinetics in metal halide perovskites by aboma merdasa, alexander kiligaridis, carolin rehermann, mojtaba abdi-jalebi, jonas st?ber, boris louis, marina gerhard, samuel d. stranks, eva l. unger, and ivan g. scheblykin, published in acs energy letters 2019 4 (6), 1370-1378. doi: 10.1021/acsenergylett.9b00774.

highly luminescent cesium lead halide perovskite nanocrystals with tunable composition and thickness by ultrasonication by yu tong, eva bladt, meltem f. aygüler, aurora manzi, dr. karolina z. milowska, verena a. hintermayr, prof. dr. pable docampo, prof. dr. sara bals, dr. alexander s. urban, dr. lakshminarayana polavarapu, and prof. dr. jochen feldmann, published in angewandte chemie international edition 55.44, 2016. doi: 10.1002/anie.201605909.

polymer nanoreactors shield perovskite nanocrystals from degradation by verena a. hintermayr, carola lampe, maximilian l?w, janina roemer, willem vanderlinden, moritz gramlich, anton x. b?hm, cornelia sattler, bert nickel, theobald lohmüller, and alexander s. urban, published in nano letters 2019 19 (8), 4928-4933. doi: 10.1021/acs.nanolett.9b00982.

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