時間熒光分析助力CdTe光電薄膜晶界空穴行為研究

  CdTe薄膜太陽能電池由于高能量效率獲得科學家廣泛的關注，目前共焦顯微熒光光譜經(jīng)常被用于研究CdTe薄膜高轉(zhuǎn)換效率載流子機制。然而時間分辨的共焦顯微熒光方法由于其微米級的空間分辨率，不能完全認為CdTe薄膜晶界產(chǎn)生的長壽命缺陷是由于氯摻雜鈍化成深度重組能級造成的。英國Durham大學Mendis教授聯(lián)手利物浦大學，別開思路，利用極高空間分辨、能量分辨和時間分辨的陰極熒光方法，表征了電子和空穴在CdTe境界的傳輸和空穴在晶界缺陷的長壽命束縛行為?！　?/span>

  圖1 CdTe薄膜在12K溫度下陰極熒光光譜　　　　Mendis教授研究組借助瑞士attolight公司生產(chǎn)的Alalin Chronos 4027系統(tǒng)，CdTe薄膜晶粒中和晶界處激子，缺陷發(fā)光行為進行表征。這套分析系統(tǒng)兼具連續(xù)陰極熒光譜采集和皮秒時間分辨陰極熒光譜采集功能，最低工作溫度4K，空間分辨率好于10nm。研究的樣品是采用磁控濺射方法制備而得的CdTe薄膜，理論上該材料能實現(xiàn)28%的光電轉(zhuǎn)換效率，在太陽能電池領域有廣泛的應用?！　?/span>

  圖2 12K低溫下脈沖激發(fā)CdTe薄膜得到的時間分辨的熒光光譜，a  晶粒G1和晶界GB的時間積分熒光光譜；b 中性受主束縛激子發(fā)光eA0 和c 施主受主對躍遷發(fā)光的時間壽命　　　　Mendis教授利用Alalin Chronos 4027系統(tǒng)對CdTe薄膜晶粒進行陰極熒光光譜探測，首先采用連續(xù)模式得到的是樣品128×128pixel的高光譜數(shù)據(jù)（圖1a，圖像上每個像素點都有光譜信息）以及對應晶粒和晶界的熒光光譜（圖1b），在圖1a的高光譜數(shù)據(jù)中分離出受主束縛激子發(fā)光波長（A0X，圖1c）；自由電子受主缺陷發(fā)光（eA0圖1d）；施主受主對發(fā)光（DAP圖1e）。分析得知受主缺陷在樣品晶界處分布較多。切換至脈沖模式進一步研究，得知晶界缺陷態(tài)具有較長的熒光壽命（圖2），進一步闡釋了CdTe薄膜中，晶界晶粒間的載流子動力學問題。　　　　編輯點評　　　　時間分辨熒光分析法也叫時間分辨熒光免疫分析是近十年發(fā)展起來的非同位素免疫分析技術，是目前最靈敏的微量分析技術。它以具有獨特熒光特性的鑭系元素及其螯合劑作為示蹤物，建立的一種新型的非放射性微量分析技術。由于其高靈敏度，在臨床上得到了廣泛的應用，逐漸代替了放射免疫分析?！　　　?/span>