在對(duì)太陽能電池的不斷研究中發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池在轉(zhuǎn)換效率上與其它太陽能電池相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)鈣鈦礦太陽能電池制作工藝相對(duì)簡單,特性優(yōu)異,在光伏領(lǐng)域越來越受到人們的青睞。在這一背景下,進(jìn)一步了解鈣鈦礦材料的光電特性,對(duì)繼續(xù)提升鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率以及在鈣鈦礦材料的應(yīng)用方面均具有非常重要的價(jià)值。本文以CsFAMA三元陽離子鈣鈦礦薄膜為研究對(duì)象,以熒光光譜技術(shù)和微波光電導(dǎo)技術(shù)為主要測量手段,對(duì)其發(fā)光過程,微波光電導(dǎo)響應(yīng)等性質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。獲得了CsFAMA三元陽離子鈣鈦礦薄膜載流子復(fù)合過程的相關(guān)信息。主要研究內(nèi)容分為兩部分:一、采用穩(wěn)態(tài)熒光（PL）光譜技術(shù)以及時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL）光譜技術(shù)對(duì)不同熱力學(xué)溫度和不同激發(fā)光強(qiáng)下的CsFAMA三元陽離子鈣鈦礦薄膜光致發(fā)光過程進(jìn)行研究。通過PL光譜得到室溫下CsFAMA鈣鈦礦薄膜發(fā)光峰位在1.6 eV左右,結(jié)合通過透射光譜得到的帶隙1.61 eV,可知發(fā)光峰位較薄膜帶隙略小,證實(shí)存在帶尾態(tài)發(fā)光過程。在變溫實(shí)驗(yàn)中將熱力學(xué)溫度由15 K逐步增加至295 K（以10K為一個(gè)間隔進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)采集）。結(jié)果表明隨著熱力學(xué)溫度升高光譜中心波長出現(xiàn)藍(lán)... 

【文章來源】：河北大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：57 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)示意圖

第二章激發(fā)態(tài)載流子弛豫動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)5第二章激發(fā)態(tài)載流子弛豫動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體中的瞬態(tài)物理過程在不同的時(shí)間尺度下，半導(dǎo)體中載流子可能發(fā)生的物理過程不同，這些不同的物理過程綜合決定了半導(dǎo)體器件的工作狀態(tài)和性質(zhì)。半導(dǎo)體中的電子受到激發(fā)會(huì)發(fā)生弛豫，弛豫過程中有多個(gè)瞬間狀態(tài)。對(duì)這些瞬間狀態(tài)進(jìn)行研究，能深一步了解半導(dǎo)體光電器件載流子弛豫過程，有助于在器件效率和應(yīng)用方面提供一定理論依據(jù)。當(dāng)一束脈沖光作用在半導(dǎo)體上時(shí)，會(huì)發(fā)生吸收、反射和透射現(xiàn)象。當(dāng)脈沖光光子的能量比半導(dǎo)體禁帶寬度大時(shí)，電子會(huì)吸收光子能量，從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶中留下空穴，形成電子-空穴對(duì)[36]。這些處于非平衡狀態(tài)的載流子在經(jīng)過一段時(shí)間和空間演化后會(huì)重新恢復(fù)到平衡狀態(tài)。光生載流子復(fù)合過程包括載流子-載流子散射，載流子-聲子散射，輻射復(fù)合，俄歇復(fù)合，自旋弛豫，熱擴(kuò)散等，如圖2-1所示。其中，電子和空穴輻射時(shí)會(huì)釋放一定的能量，能量以光子的形式放出的復(fù)合稱為輻射復(fù)合。輻射復(fù)合一般發(fā)生在百十飛秒到微秒量級(jí)。俄歇復(fù)合是電子與空穴復(fù)合時(shí)通過碰撞把能量傳遞給另一個(gè)電子和空穴，使其發(fā)生躍遷的過程[37]，該復(fù)合過程是多載流子狀態(tài)下的主要非輻射衰變途徑[38]。俄歇復(fù)合更多的是在窄禁帶和加熱的材料中產(chǎn)生，是影響半導(dǎo)體發(fā)光效率的主要原因，一般發(fā)生在幾皮秒至幾納秒之間。載流子-載流子散射和載流子-聲子散射一般發(fā)生在百飛秒的時(shí)間內(nèi)[39]。而半導(dǎo)體中的自旋弛豫十分復(fù)雜，需要考慮激子的影響。并且除了溫度和雜質(zhì)濃度，自旋弛豫后還對(duì)電場磁場等極為敏感。這些不同的物理過程發(fā)生在飛秒到毫秒之間，其中有些過程可能會(huì)同時(shí)發(fā)生。圖2-1不同載流子動(dòng)力學(xué)過程發(fā)生的時(shí)間尺度[39]

第二章激發(fā)態(tài)載流子弛豫動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)7圖2-2(a)電子-空穴對(duì)的直接躍遷復(fù)合示意圖(b)電子-空穴對(duì)的間接躍遷復(fù)合示意圖(1)帶間的直接躍遷復(fù)合一般發(fā)生在直接帶隙半導(dǎo)體內(nèi)，對(duì)于直接帶隙半導(dǎo)體，其導(dǎo)帶最小值和價(jià)帶最大值均位于布里淵區(qū)的中心。導(dǎo)帶電子與價(jià)帶空穴復(fù)合滿足動(dòng)量守恒，形成直接躍遷[44]。這種直接帶隙的帶間復(fù)合壽命很短，一般為10-8-10-9s。其發(fā)射光譜在靠近禁帶寬度能量的狹窄范圍內(nèi)。(2)帶間的間接躍遷復(fù)合間接帶隙半導(dǎo)體的導(dǎo)帶極小值和價(jià)帶的極大值的位置在布里淵區(qū)空間是不一樣的，因此這種躍遷為非豎直躍遷，要滿足動(dòng)量守恒就需要聲子的參與，從而形成間接躍遷。一般帶間復(fù)合發(fā)光發(fā)出的光子能量大于帶隙，帶間躍遷發(fā)光強(qiáng)度為：Sbulk={A√w-Egexp(-w-EgkBT),w≥Eg0,其余(2.1)式中Sbulk為發(fā)光強(qiáng)度，w為光子能量，Eg為禁帶寬度，T為等效溫度，kB為波爾曼常量，A為比例系數(shù)。2、激子復(fù)合激子是指電子和空穴由于庫侖作用結(jié)合在一起的呈電中性的粒子[45]，激子分為自由激子和束縛激子。(1)自由激子復(fù)合在本征半導(dǎo)體內(nèi)一般存在的為自由激子,自由激子可以在晶體中作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)，但不傳輸電荷。在直接帶隙半導(dǎo)體中，自由激子復(fù)合滿足動(dòng)量守恒，發(fā)射的光子能量[46]為：

【參考文獻(xiàn)】：
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