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原文传递一种基于激发态载流子拟合温度的弛豫时间计算方法

专利名称：	一种基于激发态载流子拟合温度的弛豫时间计算方法
摘要：	本发明公开了一种基于激发态载流子拟合温度的弛豫时间计算方法。该计算方法的适用对象为光伏半导体材料，该方法所需的主要实验数据包括适用对象的稳态光致发光光谱以及飞秒解析度时间分辨光致发光光谱；该计算方法通过Matlab数学软件对实验数据进行分析拟合以获得皮秒时间尺度下的依时性载流子温度，并据此利用多指数牛顿弛豫方程计算激发态载流子弛豫时间。本发明可准确可靠的计算禁带低于1.0eV的窄禁带半导体光伏材料中依时性载流子温度及其对应弛豫时间。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	河海大学
发明人：	张怿;黄潮;汤亮亮;王沛;许昌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910226304.2
公开号：	CN109932343A
代理机构：	南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	柏尚春
分类号：	G01N21/63(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	210024 江苏省南京市鼓楼区西康路1号
主权项：	1.一种基于激发态载流子拟合温度的弛豫时间计算方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)选择光伏半导体材料为本计算方法的适用对象； (2)利用光致发光光谱系统测量适用对象的依能性稳态光致发光光谱Isspl(E)，根据发射率函数与稳态光致发光光谱的关系公式计算该材料的依能性发射率函数ε(E)； (3)利用具备飞秒解析度激光发射源的时间分辨光致发光光谱系统测量适用对象在皮秒时间尺度下的时间分辨光致发光光谱，从而获得由时间t、能量E和归一化光致发光强度Itrpl三种相关变量所构成的二维等线光谱图Itrpl(t,E)； (4)将依能性发射率函数ε(E)和二维等线光谱图Itrpl(t,E)代入近麦克斯韦-波尔茨曼布居公式中，计算载流子温度Tc及温度误差△Tc；所述近麦克斯韦-波尔茨曼布居公式为： (5)通过步骤(4)的方法计算载流子自激发开始至弛豫结束过程中任意时刻的载流子温度Tc及温度误差△Tc，并根据对应时间t，得弛豫过程中依时性载流子温度变化趋势Tc(t)； (6)将依时性载流子温度变化趋势Tc(t)代入多指数牛顿弛豫方程中，利用Matlab中多指数拟合函数对该温度变化趋势展开多指数拟合，从而获得载流子的多指数拟合弛豫时间τ，所述牛顿弛豫方程为：其中，Ti为每个指数拟合项中初始载流子温度，TRT为周围环境温度。 2.根据权利要求1所述的基于激发态载流子拟合温度的弛豫时间计算方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为先确认Isspl(E)的峰值波长位置，后将光谱数据应用于发射率函数与稳态光致发光光谱的关系公式中，得适用对象的依能性发射率函数ε(E)，所述发射率函数与稳态光致发光光谱的关系公式为：其中，kB为玻尔兹曼常数1.38×10-23J/K；Ta为周围环境温度295K；E为波长能量，单位为电子伏特。 3.根据权利要求1所述的基于激发态载流子拟合温度的弛豫时间计算方法，其特征在于：所述步骤(4)中具体为选取任意时刻ti，首先将ti时依能性二维等线光谱图Itrpl(ti,E)和对应发射率函数ε(E)代入近麦克斯韦-波尔茨曼布居公式左侧表达式中得到ln((Itrpl(ti,E))/(ε(E)))；画出关于能量E的ln((Itrpl(ti,E))/(ε(E)))函数图，选取图中线性部分的对应能量范围作为载流子温度计算的拟合范围；在该范围内，利用Matlab数学软件中Polyfit线性拟合函数计算能量E相关函数ln((Itrpl(ti,E))/(ε(E)))的斜率值k；根据近麦克斯韦-波尔茨曼布居公式可知k＝-1/(kB·TC(ti))，计算得ti时的载流子温度TC(ti)及其误差△Tc(ti)。 4.根据权利要求1所述的基于激发态载流子拟合温度的弛豫时间计算方法，其特征在于：所述步骤(2)和(3)的实验温度为295K室温。
所属类别：	发明专利