本發(fā)明涉及高效薄膜光伏材料的表征，尤其涉及一種基于激發(fā)態(tài)載流子擬合溫度的弛豫速率評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、熱載流子太陽(yáng)電池與疊層太陽(yáng)電池均是通過(guò)減少甚至避免熱載流子弛豫所造成的能量損失以提高其能量轉(zhuǎn)換效率。不同之處在于，熱載流子太陽(yáng)電池試圖在載流子冷卻之前，即它們能量弛豫之前，就將其中的能量提取出來(lái)，從而減少由于弛豫過(guò)程引起的能量損失，而疊層太陽(yáng)電池則是通過(guò)將多個(gè)不同帶隙的太陽(yáng)電池層疊在一起，以減少由于半導(dǎo)體的帶隙與入射光子的能量不匹配所造成的能量損失，將收集熱載流子應(yīng)用于疊層太陽(yáng)電池中其理想功率轉(zhuǎn)換效率將得到進(jìn)一步突破。

2、因此，有效抑制或阻斷熱載流子弛豫過(guò)程對(duì)實(shí)現(xiàn)熱載流子電池概念至關(guān)重要，載流子的熱化系數(shù)是衡量載流子弛豫過(guò)程速率快慢的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，而如今在疊層太陽(yáng)電池中頂吸收層的弛豫機(jī)理并不明確，這導(dǎo)致了頂吸收層材料選擇的不確定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是準(zhǔn)確定量評(píng)估用于疊層太陽(yáng)電池中寬禁帶鈣鈦礦頂層材料中的載流子弛豫速率，尤其是具有寬禁帶(＞1.7ev)的鈣鈦礦材料。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于激發(fā)態(tài)載流子擬合溫度的弛豫速率計(jì)算方法，包括以下步驟：

3、1、選擇疊層太陽(yáng)電池寬禁帶頂層光伏三元及以上a位鈣鈦礦材料為本計(jì)算方法的適用對(duì)象；

4、2、利用光致發(fā)光光譜系統(tǒng)測(cè)量適用對(duì)象的不同激發(fā)功率密度下依能性穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜isspl(e)；

5、3、將不同激發(fā)功率密度下的依能性穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜isspl(e)代入近麥克斯韋-玻爾茲曼布居公式中，利用單指數(shù)衰減函數(shù)擬合計(jì)算出不同激發(fā)功率密度下的載流子溫度tc與環(huán)境溫度tamb的溫差δtc＝tc-tamb，單位為開爾文度；所述近麥克斯韋-玻爾茲曼布居公式為：

6、

7、其中kb為玻爾茲曼常數(shù)1.38×10-23j/k；ε(e)為依能性發(fā)射率函數(shù)；e為波長(zhǎng)能量，單位為電子伏特；

8、4、將自激發(fā)后的載流子溫度tc及與環(huán)境溫度的溫差δtc代入pth(δtc)方程中，利用線性擬合函數(shù)獲得載流子的熱化系數(shù)qth，所述pth(δtc)方程為：

9、

10、其中，pth為熱能的熱化速率，由于樣品輻射能量的速率較低，pth近似等于吸收功率密度pabs，其中pabs等于激發(fā)功率密度與吸收率的乘積，elo為布里淵區(qū)中心能量。

11、所述步驟3中具體為選取一個(gè)激發(fā)功率密度下的穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜，首先畫出關(guān)于能量e的ln(isspl(e))函數(shù)圖，選取圖中線性部分的對(duì)應(yīng)能量范圍作為載流子溫度計(jì)算的擬合范圍；在該范圍內(nèi)，利用單指數(shù)衰減函數(shù)擬合計(jì)算載流子溫度tc與溫差δtc：

12、

13、具體為擬合中需將單指數(shù)衰減函數(shù)的基線y0與ln(isspl(e))的底線設(shè)置在同一條水平線上，根據(jù)擬合結(jié)果得出的t1＝kbtc。

14、所述步驟4中具體為將步驟3計(jì)算得出pth代入pth(δtc)方程中得到pth/exp(-elo/(kbtc))，畫出關(guān)于溫差δtc的pth/exp(-elo/(kbtc)線性關(guān)系圖，該線性關(guān)系圖中斜率值k即為熱化系數(shù)qth。上述計(jì)算中所有載流子溫度單位均為開爾文度(k)。

15、所述步驟3和4的環(huán)境溫度為295k室溫。

16、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：首先，本發(fā)明可以準(zhǔn)確定量計(jì)算用于疊層太陽(yáng)電池中寬禁帶鈣鈦礦頂層材料中的熱化系數(shù)qth，從而評(píng)估其弛豫速率，特別是禁帶高于1.7ev的寬禁帶鈣鈦礦半導(dǎo)體光伏材料中，具有良好的準(zhǔn)確性和可靠性。其次，根據(jù)計(jì)算出的熱化系數(shù)可以使疊層太陽(yáng)電池的頂層材料選型更加便捷。

技術(shù)特征：

1.一種疊層太陽(yáng)電池中寬禁帶頂吸收層中載流子弛豫速率計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層太陽(yáng)電池中寬禁帶頂吸收層中載流子弛豫速率計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟(3)中具體選取一個(gè)激發(fā)功率密度下的穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜isspl(e)，畫出關(guān)于能量e的ln(isspl(e))函數(shù)圖，選取圖中線性部分的對(duì)應(yīng)能量范圍作為載流子溫度計(jì)算的擬合范圍；利用單指數(shù)衰減函數(shù)y(x)擬合計(jì)算載流子溫度tc，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種疊層太陽(yáng)電池中寬禁帶頂吸收層中載流子弛豫速率計(jì)算方法。該計(jì)算方法的適用對(duì)象為具有寬禁帶(＞1.7eV)的鈣鈦礦材料，該方法所需的主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括適用對(duì)象的功率依賴的穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜；該計(jì)算方法通過(guò)單指數(shù)衰減擬合以獲得在不同激發(fā)功率密度下的熱載流子溫度，并將此代入P<subgt;th</subgt;(ΔT<subgt;C</subgt;)方程計(jì)算激發(fā)態(tài)載流子的熱化系數(shù)Q<subgt;th</subgt;，從而評(píng)估其弛豫速率。本發(fā)明可準(zhǔn)確定量評(píng)估用于疊層太陽(yáng)電池中寬禁帶鈣鈦礦頂層材料中的載流子弛豫速率。

技術(shù)研發(fā)人員：馮斌,陳會(huì)龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州瑞軒新能源有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8