一种基于激发态载流子瞬态吸收分布的弛豫时间计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激发态载流子瞬态吸收分布的弛豫时间计算方法。该计算方法的适用对象为半导体光伏材料，特别是卤化物钙钛矿光伏材料，该方法所需的主要实验数据包括适用对象的飞秒瞬态吸收光谱；该计算方法通过Matlab数学软件对实验数据进行分析拟合以获得皮秒时间尺度下的依时性载流子温度，并据此利用多指数牛顿弛豫方程计算激发态载流子弛豫时间。本发明专利技术可准确可靠的计算半导体光伏材料的依时性载流子温度及其对应弛豫时间。料的依时性载流子温度及其对应弛豫时间。料的依时性载流子温度及其对应弛豫时间。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激发态载流子瞬态吸收分布的弛豫时间计算方法


[0001]本专利技术涉及高效薄膜光伏材料的表征
，尤其涉及一种基于激发态载流子瞬态吸收分布的弛豫时间计算方法。

技术介绍

[0002]在热载流子光伏电池是一种新型高效薄膜光伏电池概念。该电池概念的工作原理与常规光伏电池基本一致。其不同之处在于，该电池旨在通过减少甚至避免热载流子弛豫所造成的能量损失以提高其能量转换效率。其理想能量转换效率在标准条件下可达66％，远远高于常规光伏电池31％的肖克利-奎泽尔效率极限。
[0003]因此，有效抑制或阻断热载流子弛豫过程对实现热载流子电池概念至关重要。载流子弛豫时间是衡量载流子弛豫过程快慢的一个关键参数。而如今该参数的大部分计算方法中拟合范围不明确，且未考虑与激发光子能量相关的发射率函数。这些都导致了拟合结果不准确和可靠性偏低。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于激发态载流子瞬态吸收分布的弛豫时间计算方法，该方法可准确计算大部分半导体光伏材料，尤其是卤化物钙钛矿光伏材料中依时性载流子温度及其对应弛豫时间。
[0005]技术方案：本专利技术所述的本专利技术所述的基于激发态载流子瞬态吸收分布的弛豫时间计算方法，包括以下步骤：
[0006](1)选择光伏半导体材料为本计算方法的适用对象；
[0007](2)利用飞秒瞬态吸收光谱测量适用对象在皮秒时间尺度下的时间分辨瞬态吸收光谱，从而获得由时间t、能量E和归一化瞬态吸收光谱强度三种相关变量所构成的二维等值线图ΔA(E,t)；
[0008](3)通过使用高能尾部拟合方法针对每个时间t时的瞬态吸收光谱的高能尾部部分进行拟合，从而提取依时性载流子温度；
[0009](4)计算载流子从激发开始至弛豫结束过程中任意时刻的载流子温度T
c
及温度误差
△
T
c
，从而得到弛豫过程中依时性载流子温度变化趋势T
c
(t)；
[0010](5)将依时性载流子温度变化趋势T
c
(t)代入多指数牛顿弛豫方程中，对该温度变化趋势展开多指数拟合，获得载流子的多指数拟合弛豫时间τ
i
。
[0011]其中，步骤(1)中选择合成通式为(BA)2(MA)
n-1
Pb
n
I
3n+1
的2D卤化物钙钛矿，其中n＝2,3,4，为本计算方法的适用对象。
[0012]进一步的，步骤(3)具体为假定当exp[(E-E
f
)/kT]＞＞1时，激发载流子的布局可从麦克斯韦-玻尔兹曼分布近似于费米-狄拉克分布，其表达式如下：
[0013]玻尔兹曼分布近似于费米-狄拉克分布，其表达式如下：
[0031][0032]式中，α(E)为材料的依能性吸收系数，k
B
为玻尔兹曼常数，T
c
为任意时刻载流子温度，E为波长能量，单位为电子伏特。
[0033]具体为选取任意时刻t1为例，首先将t1时依能性二维等线光谱图ΔA(E，t)代入麦克斯韦-波尔茨曼布居公式左侧表达式中得到如图2所示，在特定时间延迟下从1.1ps到2.0ns的样品的TA瞬态吸收光谱的概述，选取图中特定延时时间的对应能量范围作为载流子温度计算的拟合范围；在该范围内，计算得t
i
时的载流子温度T
C
(t1)及其误差
△
T
c
(t1)。上述计算中所有载流子温度单位均为开尔文度。
[0034]S4、计算载流子从激发开始至弛豫结束过程中任意时刻的载流子温度T
c
及温度误差
△
T
c
，从而得到弛豫过程中依时性载流子温度变化趋势T
c
(t)。即将所有计算的载流子温度(T
c
(t1)
…
T
c
(t
x
))、温度误差(
△
T
c
(t1)
…△
T
c
(t
x
))及其对应时间(t1…
t
x
)绘于同一二维坐标系中得到依时性载流子温度变化趋势，如图3所示。
[0035]S5、将依时性载流子温度变化趋势T
c
(t)代入多指数牛顿弛豫方程中，利用Matlab中多指数拟合函数对该温度变化趋势展开多指数拟合，从而获得载流子的多指数拟合弛豫时间τ
i
。所述牛顿弛豫方程为：
[0036][0037]式中T
i
为初始载流子温度，T
RT
为298K环境温度，τ
i
为i项有效弛豫时间。
[0038]在本实施例中拟合计算得到两个指数拟合载流子时间及其误差(即τ1＝5.88
±
0.66和τ2＝304.31
±
39.37ps)。因此该适用目标中载流子的弛豫时间即为5.88和304.31ps。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激发态载流子瞬态吸收分布的弛豫时间计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选择光伏半导体材料为本计算方法的适用对象；(2)利用飞秒瞬态吸收光谱测量适用对象在皮秒时间尺度下的时间分辨瞬态吸收光谱，从而获得由时间t、能量E和归一化瞬态吸收光谱强度三种相关变量所构成的二维等值线图ΔA(E,t)；(3)通过使用高能尾部拟合方法针对每个时间t时的瞬态吸收光谱的高能尾部部分进行拟合，从而提取依时性载流子温度；(4)计算载流子从激发开始至弛豫结束过程中任意时刻的载流子温度T
c
及温度误差
△
T
c
，从而得到弛豫过程中依时性载流子温度变化趋势T
c
(t)；(5)将依时性载流子温度变化趋势T
c
(t)代入多指数牛顿弛豫方程中，对该温度变化趋势展开多指数拟合，获得载流子的多指数拟合弛豫时间τ
i
。2.根据权利要求1所述的基于激发态载流子瞬态吸收分布的弛豫时间计算方法，其特征在于：步骤(1)中选择合成通式为(BA)2(MA)
n-1
Pb
n
I
3n+1
的2D卤化物钙钛矿，其中n＝2,3,4，为本计算方法的适用对象。3.根据权利要求1所述的基于激发态载流子瞬态吸收分布的弛豫时间计算方法，其特征在于：步骤(3)具体为假定当exp...

【专利技术属性】
技术研发人员：张怿，阿热帕提，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：