通过光致发光光谱优化太阳能电池性能

对于高效太阳能电池的生产，有效的电荷载体提取至关重要，为了增强电荷提取，电子和孔提取层通常将其定期掺入太阳能电池堆中。

到那个时刻优化细胞性能，必须研究和比较各种提取层的提取效率。由于光致发光（PL）与钙钛矿中的电荷载体数量成正比，所以光致发光光谱进行此比较时，是理想的选择方法。

为了允许PL发生，钙钛矿层中的光生电子和孔必须重新组合。电子或孔转移到相邻层将抑制钙钛矿层内的辐射电子孔重组并减少PL响应（图1）。

可以通过跟踪PL强度来研究从钙钛矿层中提取电子或孔的有效性。

图1。激发（蓝色箭头），光致发光（红色箭头）和电荷提取（白色箭头）之间的相互作用。图片来源：爱丁堡乐器

垂直排列的碳纳米管（vacnts）是一种有前途的物质，被研究为钙钛矿太阳能电池中的潜在孔提取层。带有爱丁堡仪器的PL光谱法FLS1000光致发光光谱仪用于检查VACNT孔提取层的提取有效性。

实验装置

在玻璃/ITO和玻璃/ITO/vacnt底物的顶部，一层混合卤化物CS_0.05F A_0.79嘛_0.16PBI_2.4br_0.6钙钛矿被旋涂。随附的出版物包含有关样品制造的全面信息。¹爱丁堡仪器FLS1000光致发光光谱仪用于评估两个钙钛矿样品的PL。

FLS1000配备了450 W Xenon灯，双激发和双发射单色器和PMT-980检测器。将样品保存在N-J03前面样品固定器中，以比较相对PL强度，并使用N-M01整合球来计算PL量子的产量。

图2。FLS1000光致发光光谱仪。图片来源：爱丁堡乐器

相对PL强度比较

分析VACNT层对孔提取效率的影响的最简单方法是测量玻璃/ITO/perovskite的PL光谱，玻璃/ITO/ITO/vacnt/perovskite并比较其集成的PL强度。

如果添加层改善了孔的提取，则带有VACNT层的样品中的PL强度将低于样品（图3）。

图3。相对PL强度比较的原理。图片来源：爱丁堡乐器

Figure 4 displays the PL spectra of the perovskite samples, which were held sequentially using the FLS1000’s N-J03 Front Face Sample Holder and measured under identical conditions (integration time, sample position and angle, excitation wavelength, and excitation and emission bandwidths) to compare the relative PL intensities. The perovskite sample with the VACNT layer has a significantly lower PL contribution.

使用荧光素整合PL光谱^®FLS1000的软件表明，玻璃/ITO/vacnt/perovskite的集成PL强度为0.15倍，玻璃/iTo/perovskite的PL强度为0.15倍，表明通过添加VACNT层可显着提高孔的提取效率。

通过使用这种比较一般的相对PL强度的方法，可以改善钙钛矿太阳能电池设计。这种比较相对PL强度的方法通常可以在优化钙钛矿太阳能电池以及不同电子和孔提取层，退火温度，化学成分，后处理处理等上对辐射性辐射的载体的影响，从而使用不同的电子和孔提取层的影响。可以研究重组并用于优化太阳能电池设计。

图4。有或没有VACNT层的钙钛矿样品的PL光谱。图片来源：爱丁堡乐器

但是，需要谨慎使用此策略。强度比较假设所有样品都将表现出相同的光致发光，这些光致发光是通过光谱仪收集的，并且样品吸收的激发光的比例。

根据这些假设，该比较是有效的，因为光谱强度的比率等于光致发光量子产率的比率，前提是使用相同的实验参数来测量光谱。

对于固体样品，例如在底物上自旋涂层的钙钛矿，样品在光谱仪中的精确位置和角度可能会对收集的光致发光量产生重大影响。比较的样品必须在光谱仪中设置，以便收集相同量的光致发光。

N-J03实体样品持有器具有线性位置调整以使用户优化收集的PL，它是FLS1000的主要实体样品持有人。

对于相对强度PL测量，在用于所有后续样品之前，应针对第一个样品优化N位置J03。为了使这种可再现的定位可能，所有样品的底物的大小和形状必须相同。

相对方法提供了一种快速有效的方法，可以定性地研究细胞设计和加工条件对荷载体提取和重组的影响，前提是要对定位进行护理，并且样品的吸收特性大致相等。

与集成领域的plqy

计算每个样品的光致发光量子产率（PLQY）是检查孔提取效率的一种更可靠的方法。一个称为集成球的中空光谱级PTFE球收集所有光致发光和散射的激发光（图5）。

消除了与样品定位相关的潜在误差，并通过使用集成球并计算PLQY来考虑样品的吸收和反射特性的任何变化，从而更准确地比较。

图5。光致发光量子产率的集成球的工作原理。激发光以蓝色显示，红发光为红色。图片来源：爱丁堡乐器

FLS1000配备了NM01积分球，该球体位于样品室内，而无需任何纤维耦合或对齐，以测量两个钙钛矿样品的PLQY。

如图6所示，将样品顺序放置在PTFE散射塞上，在430 nm处激发，并且在散射峰和光致发光峰上扫描发射单色器。

此外，仅在球体内的PTFE散射塞进行参考测量。然后使用荧光量量子屈服向导从光谱确定PLQY。

当在向导中定义用于散射和发射的所需集成范围时，荧光在参考和样品光谱上积分，并使用下面的方程来计算PLQY：

资料来源：爱丁堡乐器

哪里_样本和s_参考是样品和参考的散射峰的综合强度，E_样本和e_参考是样品的综合强度和参考排放。

图6。用于计算无（a）和（b）vacnt层的钙钛矿样品的光致发光量子产率的光谱。负值和零值在对数图上显示为1。在测量散射峰期间，将OD 2中性密度过滤器放在激发侧，以减轻激发强度，并在计算之前通过滤波器传输比重新缩放散射峰。在存在吸收样品时，已通过样品和参考散射峰的比例来缩放600-900 nm PTFE空白，以说明较低的球体背景。图片来源：爱丁堡乐器

与玻璃/ito/vacnt/perovskite相比，玻璃/ito/perovskite的plqy被计算为0.14％，证实VACNT层由于改进的孔提取而降低了钙钛矿层中的辐射重组。PLQY值的比率为0.14，接近从相对强度方法获得的0.15的PL强度比。

密切一致性可以归因于具有相同位置相同的底物样品，并且vacnt层不能明显改变样品的反射和吸收特性。

该结果表明，相对方法仅在满足这些条件时提供比率，而球方法始终提供更准确的比较，更大的灵活性，最重要的是，计算每个样品的PLQY的能力。

从plqy值，可以使用以下方程计算孔传输效率：^1,2

资料来源：爱丁堡乐器

使用0.14％和0.02％的PLQY值给出86％的转移效率。

为了准确计算转移效率，应在SIO等惰性底物上测量没有转移层的样品的PLQY₂没有假定传递的地方。

86％代表转移效率的下限，因为在这种情况下是PLQY_没有vacnt在ITO涂层的底物上测量，将发生一些孔转移。

结论

FLS1000光致发光光谱仪用于检查钙钛矿太阳能电池的VACNT孔提取层的电荷提取能力。使用FLS1000集成球的绝对方法和相对强度比较方法都用于检查孔提取性能。

本文强调，FLS1000是比较钙钛矿太阳能电池的电荷提取特性的有效研究工具。

参考

1. V. Ferguson，B。Li，M。O. Tas，T。Webb，M。T. Sajjad，S。A. J. J. Thomson，Z。Wu，Y。Shen，G。Shao，G。Shao，J。V. Anguita，S。R. P. Silva，W。Zhang，W。Zhang，W。进入透明的导电氧化物玻璃，以增强钙钛矿太阳能电池中的电荷提取，Adv。母校。接口7 2020，2001121
2. D. Aldakov，M。T。Sajjad，V。Ivanova，A。K。Bansal，J。Park，P。Reiss，I。D。W. Samuel，胃磷酸作为量子点敏化太阳能电池中有效的接头，J。Mater。化学2015，3，19050
3. 弗格森（V.）等。（2020）将垂直排列的碳纳米管直接生长到透明的导电氧化物玻璃上，以增强钙钛矿太阳能电池的电荷提取。高级材料界面欧洲杯足球竞彩。doi：10.1002/admi.202001121

此信息已从爱丁堡仪器提供的材料中采购，审查和改编。欧洲杯足球竞彩

有关此消息来源的更多信息，请访问爱丁堡乐器。