[發明專利]一種基于縱向光學聲子擬合溫度的弛豫時間計算方法

在審

• 申請號: 201910310998.8
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110068557A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 張懌;湯亮亮;黃潮;王沛;許昌
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01K13/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于縱向光學聲子擬合溫度的弛豫時間計算方法。該計算方法的適用對象為光伏半導體材料，該方法所需的主要實驗數據包括適用對象的飛秒解析度時間分辨光致發光光譜。該計算方法通過Matlab數學軟件對實驗數據進行分析擬合以獲得皮秒時間尺度下的依時性縱向光學聲子溫度，并據此利用多指數牛頓弛豫方程計算縱向光學聲子弛豫時間。本發明的優點包括不受研究對象態密度影響，可判斷弛豫機制的能量范圍，能夠準確計算各種載流子濃度情況下的弛豫時間。

技術領域

本發明涉及高效薄膜光伏材料的表征技術領域，尤其涉及一種基于縱向光學聲子擬合溫度的弛豫時間計算方法。

背景技術

熱載流子光伏電池是一種新型高效薄膜光伏電池概念。該電池概念的工作原理與常規光伏電池基本一致。其不同之處在于，該電池旨在通過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換效率。其理想能量轉換效率在標準條件下可達66％，遠遠高于常規光伏電池31％的肖克利-奎澤爾效率極限。

因此，有效抑制或阻斷熱載流子弛豫速率對實現熱載流子電池概念至關重要。在弛豫過程中，激發態載流子能量通過縱向光學聲子傳播并最終以熱能形式逸失到周圍晶格。載流子從激發至其能量完全逸失所經歷的時間長度被稱為弛豫時間，該時間是衡量載流子弛豫過程快慢的一個關鍵參數。如今該參數的大部分計算方法都基于依時性載流子的擬合溫度，而未考慮縱向光學聲子對弛豫過程的影響。這些都導致所計算的弛豫時間偏長，且易受到包括載流子濃度、激發能量等諸多因素影響。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種可準確計算大部分導體光伏材料在各種載流子濃度情況下的依時性縱向光學聲子溫度及其對應弛豫時間。

技術方案：本發明所述的本發明所述的基于縱向光學聲子擬合溫度的弛豫時間計算方法，包括以下步驟：

1、選擇光伏半導體材料為本計算方法的適用對象。

2、利用具備飛秒解析度激光發射源的時間分辨光致發光光譜系統測量適用對象在皮秒時間尺度下的時間分辨光致發光光譜，從而獲得由時間t、能量E和歸一化光致發光強度I_trpl三種相關變量所構成的二維等線光譜圖I_trpl(t,E)；選擇歸一化光致發光強度不再發生變化時的二維等線光譜圖I_trpl(∞,E)作為載流子弛豫結束參考量；該測量數據中時間單位為皮秒，能量單位為電子伏特，歸一化光致發光強度單位為任意單位。

3、將依能性二維等線光譜圖I_trpl(t,E)和載流子弛豫結束參考量I_trpl(∞,E)代入縱向光學聲子弛豫程度指數β(t,E)的依能性函數中，選擇該函數的線性部分所對應的能量范圍作為縱向光學聲子溫度計算的擬合范圍，并計算縱向光學聲子溫度T_LO及溫度誤差△T_LO；

4、計算載流子從激發至其能量完全逸失過程中任意時刻的縱向光學聲子溫度，從而獲得弛豫過程中依時性縱向光學聲子溫度變化趨勢T_LO(t)；

5、將所得依時性縱向光學聲子溫度變化趨勢T_LO(t)數據代入多指數牛頓弛豫方程中，利用Matlab中多指數擬合函數對該溫度變化趨勢展開多指數擬合，從而獲得縱向光學聲子的多指數擬合弛豫時間τ，所述牛頓弛豫方程為：

其中，T_i為每個指數擬合項中初始載流子溫度，T_RT為周圍環境溫度。

其中，步驟(3)中，β(t,E)為根據激發態載流子能帶布居公式推導出與時間和能量相關的縱向光學聲子弛豫程度指數，