CdTe薄膜太陽能電池由于高能量效率獲得科學(xué)家廣泛的關(guān)注，目前共焦顯微熒光光譜經(jīng)常被用于研究CdTe薄膜高轉(zhuǎn)換效率載流子機制。然而時間分辨的共焦顯微熒光方法由于其微米的空間分辨率，不能完全認(rèn)為CdTe薄膜晶界產(chǎn)生的長壽命缺陷是由于氯摻雜鈍化成深度重組能造成的。英國Durham大學(xué)Mendis教授聯(lián)手利物浦大學(xué)，別開思路，利用高空間分辨、能量分辨和時間分辨的陰熒光方法，表征了電子和空穴在CdTe境界的傳輸和空穴在晶界缺陷的長壽命束縛行為。
圖1 CdTe薄膜在12K溫度下陰熒光光譜
Mendis教授研究組借助瑞士attolight公司生產(chǎn)的Alalin Chronos 4027系統(tǒng)，CdTe薄膜晶粒中和晶界處激子，缺陷發(fā)光行為進行表征。這套分析系統(tǒng)兼具連續(xù)陰熒光譜采集和皮秒時間分辨陰熒光譜采集功能，低工作溫度4K，空間分辨率好于10nm。研究的樣品是采用磁控濺射方法制備而得的CdTe薄膜，理論上該材料能實現(xiàn)28%的光電轉(zhuǎn)換效率，在太陽能電池領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
圖2 12K低溫下脈沖激發(fā)CdTe薄膜得到的時間分辨的熒光光譜，a 晶粒G1和晶界GB的時間積分
熒光光譜;b 中性受主束縛激子發(fā)光eA0 和c 施主受主對躍遷發(fā)光的時間壽命
Mendis教授利用Alalin Chronos 4027系統(tǒng)對CdTe薄膜晶粒進行陰熒光光譜探測，先采用連續(xù)模式得到的是樣品128×128pixel的高光譜數(shù)據(jù)(圖1a，圖像上每個像素點都有光譜信息)以及對應(yīng)晶粒和晶界的熒光光譜(圖1b)，在圖1a的高光譜數(shù)據(jù)中分離出受主束縛激子發(fā)光波長(A0X，圖1c);自由電子受主缺陷發(fā)光(eA0圖1d);施主受主對發(fā)光(DAP圖1e)。分析得知受主缺陷在樣品晶界處分布較多。切換至脈沖模式進一步研究，得知晶界缺陷態(tài)具有較長的熒光壽命(圖2)，進一步闡釋了CdTe薄膜中，晶界晶粒間的載流子動力學(xué)問題。(B. G. Mendis，Long Lifetime Hole Traps at Grain Boundaries in CdTe Thin-Film Photovoltaics，Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 218701)
