有機EL・太陽電池デバイスの電気・光学特性測定器 Paios

電流電圧特性は、太陽電池に対してのデフォルトの特性技術です。標準的な太陽電池のパラメータである、短絡電流、開放電圧、フィルファクター(FF)、最大パワーが自動で計算されます。高電圧での空間電荷制限電流(SCLC)から、電荷キャリア移動度が解析できます。

太陽電池の過渡的な実験により、定常状態の実験では得られない、電荷キャリアのダイナミクスに関する付加情報が得られます。デバイスが光パルスにより照射されて電荷が生成され、固定電圧での過渡的光電流が測定されます。

高負荷の抵抗を用いて、光を消した後の開放電圧の減衰が測定されます。この実験から、電荷キャリア再結合の情報が得られます。

この実験は、2つの光パルスに対する太陽電池の電流応答を測定する際に役に立ちます。二つのパルスの遅延時間を変えることで、2つ目の光電流の一時的な変化を引き起こせます。十分に長い減衰時間に対しては、第1と第2のパルスは同一になります。この手法は、トラップのダイナミクスやその他のゆっくりとした過程を解析するために使用できます。

この過渡的実験では、空間電荷が制限される注入領域での電荷キャリア移動度が解析できます。デバイスにパルス電圧が印加され、その電流が記録されます。注入電流は、電圧ステップによる変位電流に重ね合わせられます。ユニポーラでトラップがない場合は、電流のピーク位置は電荷キャリア移動度に関係しています。

パルス電圧が印加されます。DITと比べて、振幅が非常に小さいです(約0.1V)。デバイスがアクティブにならない条件(一般的には、ゼロまたは負のバイアス)において行われます。デバイスの最初の変位電流ピークから、直列抵抗が評価されます。また、変位電流の減衰によりRC時間が決まります。

暗中のデバイスに、負のランプ電圧が印加されます。直列抵抗と誘電率が、最初の電流増加と変位電流から解析式により評価されます。固有電荷キャリアが抽出される場合、それらは、電流のオーバーシュートを引き起こします。そのピーク時間は、電荷キャリア移動度に関係しています。

光パルスが、電荷キャリアを抽出するランプ電圧をかける前に、デバイス内部に電荷を作成します。抽出される電荷キャリアが、変位電流に重なる電流のオーバーシュートを生じます。ピーク時間に関して、高速な電荷キャリアの移動度が、解析式により評価されます。電流のオーバーシュートを積分することにより、電荷キャリア密度が見積もられます。

Photo-CELIVの実験ど同様に、ランプ電圧よりも前に、光パルスが加えられます。光生成電荷の一部が再結合するように、パルスの終わりとランプの間の遅延時間を変えて適用されます。抽出される電荷を遅延時間に対してプロットすると、再結合のダイナミクスを知ることができます。

暗中のデバイスに、負のランプ電圧が加えられます。Dark-CELIV実験との違いは、付加バイアス電圧が注入を導くために加えられます。
そのため、ランプ電圧が、注入電荷キャリアを再抽出します。この実験により、特定の動作点での電荷キャリア密度が決まります。

様々なバイアス電圧で、暗中のデバイスに正のランプ電圧をかけます。バイアス電圧に依存するMISキャパシターの場合、半導体や絶縁体のキャパシタンスは、二つの固有の平坦部を生じ、変位電流に寄与します。

微小な正弦波状の電圧を印加し周波数空間での電流を測定することで、デバイスのインピーダンスが複数の周波数で測定されます。
広い範囲の周波数を用いることで、それらの異なる過渡的ダイナミクスにより、デバイス中の異なる物理的効果が識別されます。
トラップは、例えば、低周波数領域で大きな効果を示します。

インピーダンスの測定により、Paiosは、デバイスのキャパシタンスとコンダクタンスを自動的に計算します。幾何容量は、通常、ダークと負バイアス測定により、抽出されます。しかしながら、トラップが解析を複雑化することもあります。このプロットは、しばしば、トラップの研究のために使用されます。低周波数でのキャパシタンスが、トラップ密度に伴って増加するためです。

JVL曲線は、有機ELに対する基本的な特性評価です。電流-電圧曲線が、通常のJVとして測定されます。加えて、有機ELの定常状態の発光が、光検出器を用いて記録されます。有機ELのスペクトルとフォトディテクタの感度を知ることにより、有機ELの電気的や光学的な効率が計算できます。ただ、直接比較だけでなく、Paiosにより自動で計算される非定性的な効率も役に立ちます。

この過渡的実験では、発光デバイスの発光強度の開始と減衰が評価されます。開始電圧を超える電圧パルスが印加され、発光に対して比例する光検出器の過渡電圧が測定されます。立ちあがり、減衰および遅延の時間から、電荷キャリア移動度に関する特性情報と同様に、エミッタの寿命が得られます。同時に測定されるデバイス電流は、ダーク注入に相当し、空間電荷状態で解析されます。