Tutorial de fotocorriente transitoria (TPC): extracción de la dinámica de portadores a partir de fotocorrientes resueltas en el tiempo

Introducción

La fotocorriente transitoria (TPC) es una técnica ampliamente utilizada para investigar la dinámica de portadores de carga en células solares. En un experimento TPC, el dispositivo se mantiene en condiciones de cortocircuito y se ilumina con un pulso de luz corto. La transitoria de corriente resultante proporciona información sobre cómo se extraen las cargas, con qué rapidez se recombinan y si el transporte está limitado por la movilidad o por trampas.

En el caso más simple, un decaimiento rápido de la fotocorriente indica una extracción eficiente de portadores, mientras que decaimientos más lentos o multiexponenciales sugieren trampas o cuellos de botella por recombinación. Las constantes de tiempo características extraídas del ajuste de la transitoria pueden vincularse con vidas medias de portadores, rutas de transporte e incluso capacitancias internas.

La TPC complementa las mediciones JV, Suns–Voc y Suns–Jsc al añadir una dimensión resuelta en el tiempo, permitiéndole “mirar dentro” de cómo se mueven los portadores inmediatamente después de la excitación. En este tutorial, configurará y ejecutará una simulación TPC, generará una traza de corriente transitoria y aprenderá a interpretar las características clave.

Paso 1: Crear una nueva simulación

Comience abriendo la ventana New simulation. Para este ejemplo, utilizamos una célula solar orgánica P3HT:PCBM (??, ??). Sin embargo, el procedimiento TPC es general y puede aplicarse a cualquier dispositivo de perovskita u orgánico. Guarde el proyecto en disco antes de continuar.

Paso 2: Seleccionar el modo de simulación

Después de guardar, se abre la ventana principal de simulación. Cambie el simulador a modo TPC seleccionándolo en el menú Simulation type (??). Cuando ejecute la simulación en este modo, generará una transitoria de fotocorriente en respuesta a un pulso de luz.

Para configurar el experimento TPC, abra la cinta Editors y seleccione TPC (no se muestra aquí). Esto abre la ventana de configuración (??), donde puede ajustar la anchura del pulso, la intensidad del pulso y la resolución temporal de la simulación. Los pulsos cortos y de alta intensidad enfatizan la recombinación, mientras que los pulsos más largos y débiles destacan los límites de transporte.

Paso 3: Ver los resultados

Una vez configurado, vuelva a la ventana principal y haga clic en Play (o pulse F9). Cuando finalice la ejecución, abra la pestaña Output (??) y localice tpc.csv. Este archivo contiene la traza de fotocorriente resuelta en el tiempo (??).

Ahora ha ejecutado una simulación TPC y ha producido la transitoria característica de fotocorriente. La dinámica de decaimiento proporciona información directa sobre la rapidez con la que se extraen las cargas, si hay trampas presentes y cómo el transporte limita el rendimiento. Para obtener una intuición más profunda, experimente con los parámetros de simulación: cambiar movilidades, densidades de trampas o tasas de recombinación afectará fuertemente a la forma de la transitoria.