Сканирующая зондовая микроскопия в исследовании фотоэлектрических систем

Актуальность

Мировая зависимость от зеленых источников энергии, начиная с ветра и заканчивая солнечной энергией, продолжает расти. Особый интерес представляют фотоэлектрические устройства, использование которых продолжает расти в геометрической прогрессии. Достижения в существующих и будущих фотоэлектрических технологиях позволят этим конструкциям играть решающую роль в растущем переходе на возобновляемую энергию.

При разработке новых фотоэлектрических элементов важно точно измерить работу функций компонентов устройства, в частности электродов. Соответствующие рабочие данные положительного и отрицательного электродов и их отношение друг к другу влияют на эффективность конечного механизма. Например, увеличение работы выхода отрицательного позволяет лучше выровнять его энергетическое состояние с состоянием транспортного слоя, что повышает эффективность преобразования энергии. Кроме того, это увеличение работы выхода отрицательного вызывает большую разность потенциалов с положительным, улучшая расщепление электронов и дырок, вызывая дальнейшее улучшение. Поэтому важно, чтобы рабочая функция (WF) учитывалась при разработке новых и существующих элементов.

Как можно измерить работу?

Сканирующий зонд Кельвина (SKP) был продемонстрирован в исследованиях как метод определения средней работы выхода фотоэлектрического электрода. Используя такой СЗМ микроскоп, можно проводить бесконтактные измерения WF с самым высоким энергетическим разрешением. SKP также имеет особое преимущество, заключающееся в том, что его можно использовать для отображения локальных изменений в WF в выборке.

Как работает сканирующий зонд Кельвина?

В SKP образец и игла канирования находятся в прямом электрическом контакте для формирования конденсатора с параллельными пластинами. Поскольку игла и проводящий или полупроводниковый образец имеют различные рабочие функции, возникает поток заряда от одного материала к другому. Этот поток заряда приводит к уравновешиванию уровней Ферми двух материалов и развитию поверхностного заряда на двух материалах. В результате получается конденсатор с параллельными пластинами.

Чтобы измерить разницу в потенциале между зондом и образцом, известную как Вольта или контактный потенциал, кантилевер SKP вибрирует перпендикулярно образцу. Эта вибрация в присутствии поверхностного заряда приводит к появлению переменного тока, который измеряется с помощью блокирующего усилителя (LIA). Применение опорного потенциала к системе до точки, где измеряются нулевой ток переменного тока позволяет вычислить разницу между реакциями иглы и образца, называемую потенциалом Кельвина. Единица Кельвина равна и противоположна единице Вольта. При калибровке зонда по образцу известной WF можно преобразовать измерение Вольта в интересующее значение WF.

Источник: https://ilpa-tech.ru/