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频率调制激励下开尔文探针力显微镜测量光生载流子动力学所用单点光谱曲线的数值分析

DOI：10.3762/bjnano.9.175 期刊：Beilstein Journal of Nanotechnology 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 近年来，纳米结构与光传输机制之间复杂相互作用的研究，对许多新兴光伏技术的发展至关重要。在此背景下，频率调制激励下的开尔文探针力显微镜已成为探测光生载流子动力学、获取多种光伏材料纳米尺度载流子寿命的有效技术。然而，基于该方法的某些数据解读仍存在争议，例如可能存在的电容伪影问题。数据拟合过程中采用的数学模型也需特别关注，因其对时间常数计算具有决定性影响。本文提出并验证了一种自动数值模拟方法，可预测光伏材料中平均表面光电压谱线随频率调制激励源变化的行为，从而实现模拟结果与实验数据的对比。我们阐述了该模拟方法的通用原理，并将其与先前采用频率调制激励下单点开尔文探针力显微镜获得的硅纳米晶太阳能电池实验结果，以及强度调制扫描开尔文探针显微镜测得的聚合物/富勒烯体异质结器件结果进行对比。此外，研究表明该模拟方法能通过数值分析提供样品光生载流子动力学的补充信息，从而完善实验结果。
作者： Pablo A. Fernández Garrillo，Benjamin Grévin，?ukasz Borowik
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

提出并演示一种自动数值模拟流程，用于预测光伏材料在频率调制激励下平均表面光电压的光谱曲线，实现与实验结果的对比，并深入理解光生载流子动力学特性。

研究成果

数值模拟程序（SPECTY）能有效预测光谱曲线，并根据实验数据验证时间常数，为光生载流子动力学提供额外见解（如非零表面光电压建立时间）。该程序可补充现有技术，辅助选择合适的数据解释数学模型，但对复杂材料行为仍需进一步优化。

研究不足

该模拟假设SPV动力学呈指数行为，这可能无法完全捕捉某些材料（如高陷阱密度材料）中的复杂现象。在某些情况下（例如有机光伏样品），模拟数据与实验数据之间的差异表明模型准确性存在局限。该流程需要预先获知时间常数，而这一信息并非总是可得。

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