太阳能电池分析技术(5)：瞬态光电流 TPC

瞬态光电流（TPC）

在瞬态光电流（TPC）测试中，测量恒定偏置电压（也可设置为0V）下光伏器件由于光脉冲而产生的瞬态电流响应过程。电流上升和衰减揭示了电荷载流子迁移率、陷阱和掺杂的信息。TPC通常在不同的偏置电压、偏置光或光脉冲强度下进行测试。对于有机太阳能电池，瞬态光电流上升时间通常在1~100μs之间；在钙钛矿太阳能电池中，电流上升则从微秒级开始，可能需要几秒钟才能达到稳态。

图1. 典型 瞬态光电流TPC测试曲线

分析参数：电子和空穴迁移率 陷阱俘获动力学

Christopher McNeill及其同事观察到聚合物太阳能电池中的光电流过冲，并借助漂移扩散模拟陷阱对电荷的俘获和释放来解释这个过程。如果电荷俘获足够慢，空间电荷效应会导致电流过冲。随着越来越多的电荷被俘获，它们会干扰内建电场并阻碍电荷传输。然而，快速捕获会导致电流上升变慢。在某些情况下，电流过冲仅在负偏置电压下发生。

图2

电流衰减可以用与DLTS中相同的方式描述。使用图2. 可以计算出来自离散能级的陷阱发射电流(trap emission currents)。使用图3. 计算指数DOS尾部的陷阱发射(trap emission)。Street通过分析TPC瞬态光电流衰减计算了PCDTBT：PCBM和P3HT：PCBM太阳能电池带尾态密度。

图3

图4. 显示了光脉冲持续时间为15 μs的TPC模拟。对于以下情况，电流上升的形状基本不会改变："提取势垒"（a），"non-aligned contact接触"（a），"高Langevin复合"（b），"低并联电阻"（d）和"低电荷产生"（e）。较小的电荷载流子迁移率显然会导致较慢的上升和衰减，如图4（b）所示。浅陷阱填充缓慢（俘获和再发射），将导致较慢到达平衡态电流（c）。光照关闭后，陷阱发射将导致缓慢的指数型电流衰减。深陷阱的情况将导致电流过冲（c），这与McNeill的分析一致，由于陷阱填充而导致在较长时间尺度上电流减小，引发空间电荷。如果TPC测试加偏置光，则电流过冲和长衰现象消失，因为偏置光使陷阱填满；在我们的模拟中，这种效应在偏置光强度为脉冲强度的0.1%时可以看到。如图4（d）所示，高串联电阻还可能导致较慢的电流上升和衰减。"高掺杂密度"的情况显示，空间电荷效应将引起稍长的电流上升和衰减。

与CELIV相比，没有简单的公式可以从TPC数据中提取电荷载流子迁移率。然而，TPC是一种强大的技术，可以研究电荷传输，识别捕获，并使用数值建模提取参数。

以上所有测试数据来自设备：Paios

以上所有模拟仿真使用软件：Setfos