微波吸收介电谱测量技术在钙钛矿太阳能电池中的应用

CH3NH3PbX3薄膜的载流子复合动力学不仅能够反映薄膜自身的光物理特性，同时还能为钙钛矿太阳能电池制备工艺优化提供重要参考信息。微波吸收介电谱测量技术，通过相敏检测，可以同时获得材料的自由载流子和浅束缚载流子复合动力学信息。

其测量原理，如图1所示，待测样品置于微波谐振腔中;微波源产生的微波经过隔离器并被功率分配器均分为两路，其中一路经过移相器后作为参考信号等幅输入平衡混频器中，另一路作为探测信号，经过衰减器和环行器，并通过能量耦合装置进入放有待测样品的微彼谐振腔中;在脉冲激光作用下，样品内产生光生载流子，从而改变样品对微波场的吸收、微波场谐振频率;由微波谐振腔反射的微波分别与参考信号、90度移相的参考信号完成混频，分别得到自由载流子引起的吸收信号(信号强度正比于自由载流子浓度)和浅束缚载流子引起的色散信号(信号强度正比于浅束缚载流子浓度);通过数字示波器分别记录吸收信号和色散信号，从而获得自由载流子和浅束缚载流子动力学信息。

图2为532nm 纳秒激光作用下CH3NH3PbI3 薄膜与CH3NH3PbI3-xClx 薄膜的光生载流子复合动力学曲线(Free 代表自由载流子动力学，Shallow 代表浅束缚载流子动力学)。这里定义载流子浓度减小到初始浓度的1/e处所需要的时间为载流子的拟合寿命。

CH3NH3PbI3 薄膜的自由载流子与浅束缚载流子的拟合寿命分别是44.1ns和214.0ns，而CH3NH3PbI3-xClx薄膜的自由载流子与浅束缚载流子拟合寿命分别是133.0ns和321.6ns。图3分别展示的是CH3NH3PbI3薄膜的自由载流子和浅束缚载流子动力学曲线随激发光强度变化。可以明显看出，自由载流子和浅束缚载流子动力学曲线幅度随着激发光强度的增加而增加。这表明微波吸收介电谱技术能够灵敏检测样品内载流子浓度变化。

图 1、微波吸收介电谱测量装置;

图2、CH3NH3PbI3 与 CH3NH3PbI3-xClx 的载流子动力学

图3、不同激发光强度下 CH3NH3PbI3 薄膜载流子动力学(a)自由载流子 (b)浅束缚载流子关键词： CH3NH3PbI3，CH3NH3PbI3-xClx，载流子，动力学，微波吸收介电谱

审核编辑 黄宇