利用絕對校準的高光譜光致發(fā)光(PL)成像技術瘤运，無需電測量便可簡便快速地獲取太陽能電池參數(shù)的空間分布，如準費米能級分裂罩旋、光二極管因子、厄巴赫能量 (Eu) 和分流電阻 (Rsh)涨醋。這些參數(shù)在評估通過激光圖案化實現(xiàn)電串聯(lián)互連過程中的窗口具有重要作用瓜饥。該方法系統(tǒng)地定位和量化了單片串聯(lián)互連的激光圖案化過程中可能產(chǎn)生的電損失。研究結果表明浴骂，皮秒級和納秒級激光脈沖均可用于串聯(lián)互連乓土，且在兩種情況下，僅在劃線線邊緣相鄰的幾微米寬區(qū)域內發(fā)生輕微的橫向材料變化溯警。此外趣苏，高光譜PL數(shù)據(jù)集的采集和分析提供了關于材料去除過程的見解，表明鈣鈦礦材料對激光的熱沖擊具有相當大的彈性梯轻。
高光譜光致發(fā)光成像用于鈣鈦礦太陽能電池電學參數(shù)的空間分辨測定
有機–無機金屬鹵化物鈣鈦礦（MHPs）是用于低成本和高效率太陽能電池的有前途的光吸收材料拦键。鈣鈦礦太陽能電池 （PSC） 具有出色的光電特性，例如電荷載流子壽命長檩淋、擴散長度長、光吸收強 （104–105cm-1）萄金、寬光譜范圍 （1.2–3.0eV） 的帶隙可調諧性蟀悦、極低的缺陷密度和高缺陷容限、低電壓損耗以及光子回收氧敢，使它們對光伏應用具有吸引力。近年來孙乖，實驗室規(guī)模的PSCs經(jīng)歷了功率轉換效率的巨大提升浙炼，達到25%以上，這在晶體硅基太陽能電池效率的范圍內唯袄。然而，由于工藝的可轉移性和鈣鈦礦薄膜質量的下降恋拷，PSC的效率正在從實驗室規(guī)模下降到大規(guī)模鈣鈦礦太陽能組件（PSM）资厉，這限制了商業(yè)化，從而限制了PSC的實際應用蔬顾。薄膜的激光圖案化及其在PSM單片串聯(lián)互連中的應用宴偿。證明無論鈣鈦礦層堆棧的詳細配置如何湘捎，基于激光的圖案化的成功都是基于精確控制的能量輸入。由于目標始終是產(chǎn)生定義明確的劃線窄刘，而不會因激光能量過多而對材料進行意外修改窥妇，因此由于鈣鈦礦材料本身具有明顯的熱敏感性以及不可避免地引入過量激光能量，因此 MHP 的圖案化仍然具有挑戰(zhàn)性娩践，特別是在脈沖到脈沖重疊區(qū)域或劃線邊緣活翩。在這兩種情況下，引入的多余能量很容易導致材料改變欺矫，形成電子缺陷纱新，這可能導致電氣功能不理想。
PL全局測量是使用市售的高光譜成像系統(tǒng)（(IMA, Photon,etc.）進行的穆趴。使用波長為 405 nm 和 532 nm 的兩個連續(xù)波激光器來激發(fā)樣品脸爱。激光激發(fā)源均勻地分布在整個視場上，從而實現(xiàn)全qiu成像未妹。入射光子通量可以調整簿废，并設置為86 mW cm-2對于此處提供的測量的每個激光。使用顯微鏡物鏡 采集圖像络它，并在室溫下通過體積布拉格光柵將 PL 定向到 Si ccd 相機上族檬。空間分辨率接近衍射極限，約為1 μm化戳，光譜分辨率優(yōu)于2.5 nm单料。
QFLS Δμ是指電子處的準費米能級和空穴接觸在照明下的分裂。通常点楼，測量有效QFLS（Δμeff）掠廓，因為照明的樣品區(qū)域不是無限小的换怖，并且延伸到具有多個晶界的較大區(qū)域。這些內部接口會導致內部損耗降低理想的QFLS蟀瞧。太陽能電池在熱平衡和室溫下的PL發(fā)射ΦPL可以通過廣義普朗克定律使用黑體的玻爾茲曼近似來描述沉颂。由于太陽能電池不是理想的黑體，因此必須考慮樣品吸收率悦污，即吸收的光子與入射光子數(shù)的比率或吸收概率铸屉。
光子發(fā)射的有效角度通常小于整個半球。只有在低于臨界角的角度下發(fā)射的光子才能離開鈣鈦礦樣品表面切端，而在較高的角度下會發(fā)生全內反射抬探。在進行局部QFLS的計算之前，必須首先確定PL發(fā)射光譜的中心波長（PL峰值位置），因為該中心波長對應于半導體材料光學帶隙的獨特能量小压，并且大部分光子通過這種躍遷從材料發(fā)射线梗。因此，QFLS被分配給這個中心波長怠益。
為了檢測劃線或線邊緣區(qū)域的中心波長偏移仪搔，確定了在每種情況下出現(xiàn) PL 發(fā)射zui大值的局部中心波長蜻牢，該波長來自對 PL 光譜的逐像素分析烤咧。中心波長的測定結果如圖1（上行）所示，顯示了兩張以（A）ns和（B）ps脈沖為模式的劃線圖像抢呆，具有zui佳通量和先前確定的相應zui佳通量煮嫌。在這兩種情況下，劃線線旁邊和內部的中心PL波長都在758nm ±3 nm的窄范圍內抱虐，對應于約1.64 eV的光帶隙能量昌阿。激光劃線溝槽內的低強度信號來自少量殘留的鈣鈦礦，這些鈣鈦礦顯然殘留在溝槽中恳邀，從而確保了底層TCO層在激光圖案化過程中不會損壞懦冰。
然而，圖像表明中心波長在內劃線邊緣有明顯的紅移谣沸，高達幾十納米，并伴有分布在樣品表面上的小點乳附。中心波長在內邊緣的偏移可歸因于圖案化過程中材料本身的強烈退化内地。 然而，對于劃線表征赋除，內邊緣起著相當小的作用阱缓。有趣的是，散布在樣品表面的小紅移點可以得出有關材料去除過程的結論贤重。顯然清焕，會發(fā)生臨界加熱和爆炸性沸騰并蝗，產(chǎn)生不協(xié)調凝結并廣泛分布在樣品表面的飛濺物。這個假設已經(jīng)在我們之前的研究和模擬中建立起來秸妥。
圖1.(A滚停，B）PL發(fā)射的局部中心波長的空間分辨圖像和(C，D）相應的準費米能級分裂（QFLS）粥惧。樣品分別在zui佳通量為1.36和2.31 J cm-2時通過 （A键畴，C）ns和（B，D）ps激光脈沖對樣品進行圖案化。
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參考文獻
[1] Hyperspectral Photoluminescence Imaging for Spatially Resolved Determination of Electrical Parameters of Laser-Patterned Perovskite Solar Cells
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