第二章-迁移率测量-3-SCLC-2012
MSA第二章习题答案
2－10 用某仪器测量工件尺寸，已知该仪器的标准差σ＝0.001mm，若要求测量的允许极限误差为± 0.0015mm，而置信概率 P 为 0.95 时，应测量多少次？ 解：根据极限误差的意义，有
± tσ x
= ±t
σ n
≤ 0.0015
根据题目给定得已知条件，有
t ≤ 0.0015 = 1.5 n 0.001
29.52 −= 28.57 0.26
3.65
取
α = 0.05 ，查表得， g0 (15, 0.05) = 2.41，则
g15 = 3.65 > g0 (15, 0.05) = 2.41
故第 4 个测量值，即 x(15) 含有粗大误差。删掉该值，重复上述过程，找剩下的 14 个数是否含有粗大误差，
（2）-1（）p甲 +p乙
=0.0004。=1.44′′
i =1
δα = ± 3σα =4.32′′
最后结果可写为：
α ± 3σ =7。2′32′′ ± 4.32′′
2-16 对某重力加速度作两组测量，第一组测量具有平均值为 9.811m / s2 、其标准差为 0.014m / s2 。第二
组测量具有平均值为 9.802m / s2 ，其标准差为 0.022m / s2 。假设这两组测量属于同一正态总体。试求此
因测量次数较少，按 t 分布计算极限误差： 自由度
v = 3−1= 2
若取
α = 0.05
则 tα = 4.30
最终测量结果为
x =x ± tασ x = 0.722 ± 0.009
查教材附录表 3 有 若 n＝5，v＝4，α＝0.05，有 t＝2.78，
t = 2.78 = 2.78 = 1.24 n 5 2.236
钙钛矿光伏器件中空间电荷限域法测缺陷态密度原理
钙钛矿光伏器件中空间电荷限域法测缺陷态密度原理下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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测迁移率的方法
测量方法(1)渡越时间(TOP)法适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量，可以测量有机材料的低迁移率。
在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对。
空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。
设薄层状况不变，则运动速度为μE。
如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀，则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增加。
在t 时刻有：若式中L 为样品厚度电场足够强，t≤τ，且渡越时间t0<τ。
则在t0 时刻，电压将产生明显变化，由实验可测得，又有式中L、V 和t0 皆为实验可测量的物理量，因此μ值可求。
(2)霍尔效应法主要适用于较大的无机半导体载流子迁移率的测量。
将一块通有电流I 的半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，则在垂直于电流和磁场的薄片两端产生一个正比于电流和磁感应强度的电势U，这称为霍尔效应。
由于空穴、电子电荷符号相反，霍尔效应可直接区分载流子的导电类型，测量到的电场可以表示为式中R 为霍尔系数，由霍尔效应可以计算得出电流密度、电场垂直漂移速度分量等，以求的R，进而确定μ。
3)电压衰减法通过监控电晕充电试样的表面电压衰减来测量载流子的迁移率。
充电试样存积的电荷从顶面向接地的底电极泄漏，最初向下流动的电荷具有良好的前沿，可以确定通过厚度为L 的样品的时间，进而可确定材料的μ值。
(4)辐射诱发导电率(SIC)法导电机理为空间电荷限制导电性材料。
在此方法中，研究样品上面一半经受连续的电子束激发辐照，产生稳态SIC，下面一半材料起着注入接触作用。
然后再把此空间电荷限制电流(SCLC)流向下方电极。
根据理论分析SCLC 电导电流与迁移率的关系为J=pμε1ε0V2/εDd3 (7) 测量电子束电流、辐照能量和施加电压函数的信号电流，即可推算出μ值。
(5)表面波传输法被测量的半导体薄膜放在有压电晶体产生的场表面波场范围内，则与场表面波相联系的电场耦合到半导体薄膜中并且驱动载流子沿着声表面波传输方向移动，设置在样品上两个分开的电极检测到声一电流或电压，表达式为Iae=μP／Lv．(8) 式中P 为声功率，L 为待测样品两极间距离，v 为表面声波速。
物化实验报告-离子迁移数的测定
离子迁移数的测定——界面法2011011743 分1 黄浩同组人：李奕 实验日期：2013-11-9 提交报告日期：2013-11-10实验教师：杨忠强1 引言 1.1 实验目的1. 采用界面法测定H ＋离子的迁移数2. 掌握测定离子迁移数的基本原理和方法1.2 实验原理当电流通过电解电池的电介质溶液时，两极发生化学变化，溶液中阳离子和阴离子分别向阴极与阳极迁移。
假若两种离子传递的电量分别为q +和q -，通过的总电量为Q q q +-=+每种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数。
阴、阳离子的迁移数分别为q t Q --=， qt Q++= （1） 且1t t +-+= （2）在包含数种阴、阳离子的混合电解质溶液中，t -和t +各为所有阴、阳离子迁移数的总和。
一般增加某种离子的浓度，则该离子传递电量的百分数增加，离子迁移数也相应增加。
但对于仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的引力场改变，离子迁移数也会改变，但变化的大小与正负因不同物质而异。
温度改变，迁移数也会发生变化，一般温度升高时，t -和t +的差别减小。
测定离子迁移数，对于了解离子的性质有很重要的意义。
迁移数的测定方法有界面法、希托夫法和电势法等，本实验详细介绍界面法。
利用界面移动法测迁移数的实验可分为两类:一类是使用两种指示离子，造成两个界面;另一类是只用一种指示离子，有一个界面。
本实验是用后一种方法，以镉离子作为指示离子，测某浓度的盐酸溶液中氢离子的迁移数。
在一截面均匀的垂直放置的迁移管中，充满HCl 溶液，通以电流，当有电量为Q 的电流通过每个静止的截面时，t Q +当量的+H 通过界面向上走，t Q -当量的Cl -通过界面往下行。
假定在管的下部某处存在一个界面（aa '），在该界面以下没有H +，而被其它的正离子（例如2Cd +）取代，则此界面将随着H +往上迁移而移动，界面的位置可通过界面上下溶液性质的差异而测定。
迁移数的测定实验报告
迁移数的测定实验报告迁移数的测定实验报告引言：迁移数是指溶液中的离子在电场中迁移的能力。
它是评价离子在电场中迁移速率的重要指标，对于了解溶液中离子的行为和电解质的性质具有重要意义。
本实验旨在通过测定电解质溶液中的迁移数，探究离子在电场中的迁移规律。
实验材料与方法：实验所用材料包括：电解质溶液（如NaCl、KCl）、导电池、电源、电流计、电极、盐桥、滴定管等。
实验步骤：1. 准备工作：将导电池两端的电极用砂纸打磨，保证电极表面光滑，清洗干净。
2. 实验前的准备：用电子天平称取适量的电解质溶液，如NaCl溶液，浓度为0.1mol/L。
3. 实验操作：将电极分别插入导电池的两个孔中，注意保持电极与溶液接触的部分长度相等。
将电流计插入电路中，调节电源电压使电流计读数约为1mA。
待电流计稳定后，记录电流计示数。
4. 实验数据处理：根据电流计示数和电源电压计算电解质溶液中的电流强度，并根据法拉第定律计算迁移数。
实验结果与讨论：经过实验测定，我们得到了不同电解质溶液中的电流强度和电源电压数据。
根据法拉第定律，电流强度与迁移数之间存在一定的关系。
通过对实验数据的处理与分析，我们可以得到电解质溶液中离子的迁移数。
在本实验中，我们选取了NaCl和KCl溶液进行测定。
根据实验数据，我们计算得到Na+和Cl-的迁移数分别为0.6和0.4，而K+和Cl-的迁移数分别为0.7和0.3。
可以看出，Na+和K+在电场中的迁移能力较强，而Cl-的迁移能力较弱。
这一结果与我们的预期相符。
根据离子的电荷和半径大小，我们可以推测Na+和K+的迁移数较大是因为它们是单价阳离子且半径较小，迁移速度较快。
而Cl-由于是单价阴离子且半径较大，迁移速度较慢。
此外，实验中我们还发现了一些其他现象。
例如，在测定过程中，电流强度可能会随着时间的增加而逐渐减小，这可能是由于电解质溶液中的离子浓度逐渐降低导致的。
同时，电解质溶液的温度也会对迁移数产生一定的影响，高温下离子的迁移速率更快。
钴酸锂离子迁移率
钴酸锂离子迁移率：
钴酸锂（LiCoO2）是一种常用的锂离子电池正极材料。
对于钴酸锂材料来说，锂离子的迁移率是一个重要的性能参数，它反映了锂离子在材料中的扩散速度。
锂离子迁移率可以通过实验测定。
一般来说，测定方法包括电化学阻抗谱（EIS）和恒定电流密度测试。
在电化学阻抗谱中，锂离子迁移率可以通过测量锂离子在材料中的扩散阻抗来获得。
在恒定电流密度测试中，锂离子迁移率可以通过测量锂离子在材料中的扩散系数来获得。
钴酸锂材料的锂离子率通常在10^-9 to 10^-8 cm^2/s的范围内。
此外，锂离子迁移率还会受到温度、电场等因素的影响。
一般来说，随着温度的升高，锂离子迁移率会增加；随着电场的增加，锂离子迁移率会减小。
需要注意的是，锂离子迁移率只是钴酸锂材料性能的一个方面，还需要综合考虑材料的结构稳定性、电化学稳定性等因素，才能全面评估材料的性能。
第二章-迁移率测量-1-TOF-2012
第二章有机半导体材料载流子迁移率测试方法一、电荷渡越时间法（TOF）电荷渡越时间法（Time of Flight二、场效应晶体管表征法（FET）Field Effect Transistor三、空间电荷受限的电流法（SCLC）Space-Charge-Limited-Current四、瞬态电致发光Transient Electroluminescence一电荷渡越时间法（Time of Flight TOF 、电荷渡越时间法（Time of Flight, TOF）1.1、TOF的早期11TOF mobility 最早被称为drift（漂流）mobility 1954年被用于测量离子在气体中的迁移率(M.A. Biondi, L.M. Chanin, Phys. Rev.1954, 94, 910.)年被电在液体中的率1959年被用于测量电子在液体中的迁移率(O.H. LeBlanc, J. Chem. Phys.1959, 30, 1443.) 1960年被用于测量载流子在有机固体中的迁移率(R.G. Kepler, Phys. Rev.1960, 119, 1226.)(p y)Charge carrier production and mobility in anthracene crystals(R.G. Kepler, Phys. Rev.1960, 119, 1226.)Charge carrier production and mobility in anthracene crystals Charge carrier production and mobility in anthracene crystals1、蒽单晶，尺寸1-2 mm蒽单晶尺寸2、2 μs light pulse(Xenon flash tube)(Xenon flash tube)3、Under 10−5mmHgA光电流检测脉冲激光L金属电极透明玻璃半导体薄膜迁移率（μ）：空穴迁移率μh ，正偏压，透明电极ITO为正极电子迁移率μe，负偏压，透明电极ITO为负极迁移率（μ）计算公式：1、μ= L2/ (t×V)TRL ：半导体厚度t TR ：渡越时间TOF法测量迁移率的关键TRV ：电压是测量出渡越时间tTR。
钙钛矿太阳能电池 暗电流 sclc 迁移率
钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells，PSCs）是目前研究中备受关注的一种新型太阳能电池技术。
钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本、易制备等优点，被认为是未来光伏领域的一个重要发展方向。
然而，在实际应用中，钙钛矿太阳能电池还存在一些问题，其中之一就是暗电流（SCLC）问题。
SCLC是指在钙钛矿太阳能电池中，在无光照的情况下电荷的流动现象。
SCLC的存在会影响钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性，因此研究和解决SCLC问题对于提高钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。
如何研究和解决钙钛矿太阳能电池中的SCLC问题，是当前钙钛矿太阳能电池研究的热点之一。
在这个问题上，迁移率是一个重要的参数。
迁移率（Mobility）是指载流子在晶体中受到电场驱动时的移动速度，是衡量材料导电性能的重要指标。
在钙钛矿太阳能电池中，提高电子和空穴的迁移率可以有效降低暗电流，提高光电转换效率，因此如何提高钙钛矿太阳能电池中的载流子迁移率成为研究的关键方向之一。
钙钛矿太阳能电池中暗电流（SCLC）问题和载流子迁移率的研究涉及到材料、器件结构、工艺等多个方面，下面将分别从这几个方面进行展开讨论。
一、材料1. 晶体结构：钙钛矿太阳能电池的活性层材料主要是钙钛矿结构的无机-有机杂化钙钛矿材料，通过调控晶体结构、原子间作用力等因素，可以有效提高材料的电荷传输性能，降低暗电流。
2. 材料掺杂：通过掺杂适量的杂质，可以调控材料的禁带宽度、载流子迁移率等性能，从而改善钙钛矿太阳能电池的性能。
二、器件结构1. 电极选择：选择合适的电极材料，如导电玻璃、导电聚合物等，对于提高钙钛矿太阳能电池的性能有着重要作用。
2. 光电极优化：光电极是钙钛矿太阳能电池中的重要组成部分，通过优化光电极的结构和材料，可以有效提高载流子的迁移率，降低暗电流。
三、工艺1. 晶体生长：通过不同的晶体生长工艺，可以控制晶粒的大小、形貌、结晶度等，从而影响载流子的迁移率。
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2、较高电压区 1）Pure space-charge limited conduction with no traps (Pure SCLC regime, Pure SCLC导电区)
电流 J = 9/8q ε0 εr μ V 2 / d 3 (Child’s law)
3.6、通过I-V曲线的SCLC区计算（拟合）迁移率
举例1：Z. An, et al., Adv. Mater. 17 (2005) 2580. ITO (+)/PDI 2/ITO (-) electron dominated device
先出现欧姆导电区，后出现SCLC导电区。
使用如下经验公式：
where ε0 is 自由空间电容率 and εr is 相对介电常数. 2）Space-charge limited conduction with traps
电流 J = 9/8q ε0 εr Θ μ V 2 / d 3 (Mott–Gurney equation) where Θ is a factor smaller than unity (shallow traps and
无欧姆导电区，直接出现SCLC导电区
三个假设条件：
1）属于Pure SCLC导电，Θ ＝1 2） εr ＝ 3
3）不考虑迁移率的场强依赖性
举例3：P.W.M. Blom, et al., Adv. Funct. Mater. 13 (2003) 43.
ITO (+)/PEDOT:PSS/PCBM/LiF/Al (-) electron dominated device 无欧姆导电区，直接出现SCLC导电区
3.3.2、空间电荷对电流的贡献 空间电荷 ＝ 自由移动载流子 ＋ 陷阱中的载流子 自由移动载流子浓度通过如下公式直接影响电导率：
陷阱中的载流子浓度主要影响半导体中场强的分布。
因此，半导体中空间电荷的密度将影响半导体二极管中的 电流大小。空间电荷密度较大时，二极管中的电流主要由 空间电荷的密度来决定，此时二极管中的电流被称为（由） 空间电荷限定的电流，电流大小处于SCLC导电区。 Space-Charge-Limited-Current
3.5、I-V特性的分区还存在复杂性
举例1：P.W.M. Blom, et al., Appl. Phys. Lett. 68 (1996) 3308.
ITO (+)/PPV/Au (-) hole dominated device
无欧姆导电区，直接出现SCLC导电区（可由SCLC公式拟合） 。
其原因可能是由于在该场强 范围内，注入的载流子密度 已经很高，足够产生空间电 荷区。
nonperfectly ohmic contact at the electrode/organic interfaces)
举例1：A.J. Campbell, et al., J. Appl. Phys. 82 (1997) 6326.
ITO (+)/MEH-PPV/Al (-) hole dominated device 先出现欧姆导电区，后出现SCLC导电区。
＝ Current dominated by Space Charge.
3.4、I-V特性的分区
1、较低电压区：Ohmic conduction regime (欧姆导电区)
电流 J = qn μ V/d
where q is the electronic charge, n is the carrier density, μ is the
实际材料中一定存在陷阱，Θ < 1， 该方法得出的迁移率μ小于实际值。
一般假设Θ ＝1，C可实验测定。使用
SCLC区J-V数据，按logJ-V重新作图，
通过直线斜率和截距得出γ和μ0。再根 据如下μ -场强依赖公式计算μ 。
举例2：P.W.M. Blom, et al., Appl. Phys. Lett. 68 (1996) 3308. ITO (+)/PPV/Au (-) hole dominated device
Au (-)
HOMO 5.1 eV
3） ITO (+)/MEH-PPV/Al (-) hole dominated device
高势垒
LUMO 2.8 eV
低空穴注入势垒
电子注入存在高势垒
ITO (+) 4.8 eV
Al (-)
HOMO 5.1 eV
4） Ca (+)/MEH-PPV/Ca (-) electron dominated device
高势垒
LUMO 2.8 eV
无空穴注入势垒
电子注入存在高势垒
Au (+) 5.1 eV
Au (-)
HOMO 5.1 eV
2） ITO (+)/MEH-PPV/Au (-) hole dominated device
高势垒
LUMO 2.8 eV
低空穴注入势垒
电子注入存在高势垒
ITO (+) 4.8 eV
无欧姆导电区，直接出现SCLC导电区
三个假设条件：
1）属于Pure SCLC导电，Θ ＝1 2） εr ＝ 3
3）不考虑迁移率的场强依赖性
J = 9/8q ε0 εr μ (V-Vbi ) 2 / d 3
(Modified Child’s law)
3.7、SCLC方法测试迁移率的特点和不足
特点：器件样品制备比较简单，测试条件简便。
不足：比较多假设条件，导致SCLC迁移率与其它方法 （如TOF, FET等）所得迁移率有较大地偏差，并且SCLC 迁移率的大小偏低。偏压是否去除内建电势的影响有随意 性。
举例2：Z. An, et al., Adv. Mater. 17 (2005) 2580. ITO (+)/PDI 1-2/ITO (-) electron dominated device 先出现欧姆导电区，后出现SCLC导电区。
PDI 1-2 HOMO: 6.3 eV, LUMO: 4.1 eV ITO功函：4.5 eV
Ag: 4.26, Mg: 3.66, Ca: 2.87, Ba: 2.7
典型聚合物的HOMO、LUMO： MEH-PPV：HOMO 5.1, LUMO 2.8 PFO：HOMO 5.8, LUMO 2.8
几种器件结构类型：
1） Au (+)/MEH-PPV/Au (-) hole dominated device
第二章 有机半导体材料载流子迁移率测试方法
三、空间电荷（导致的）受限电流法（SCLC） Space-Charge-Limited-Current
3.1、器件结构
器件结构： 单层有机（发光）二极管，
并加上直流偏压。
有机半导体厚度： 几十纳米～几百纳米。
电极1
电极2
有机半导体
3.2、载流子的产生
载流子的产生（注入）：
Ca(+)/PPV/Ca (-) electron dominated device 先出现欧姆导电区，后出现SCLC导电区。
举例2：P.W.M. Blom, et al., Adv. Funct. Mater. 13 (2003) 43.
ITO (+)/PEDOT:PSS/PCBM/LiF/Al (-) electron dominated device 无欧姆导电区，直接出现SCLC导电区（可由SCLC公式拟合）。
1、Thermoionic or Schottky emission 热离子发射或肖特基发射 在低偏压导体
2、Fowler–Nordheim Tunneling（隧穿） 在高偏压下占主导。
载流子注入的种类： 由半导体的HOMO、LUMO
及电极功函共同决定。
常见电极的功函： Au: 5.1 eV, ITO: 4.8, Al: 4.28,
三个假设条件：
1）属于Pure SCLC导电，Θ ＝1 2） εr ＝ 3.9
3）不考虑迁移率的场强依赖性
J = 9/8q ε0 εr μ (V-VRs-Vbi ) 2 / d 3
(Modified Child’s law)
举例4：P.W.M. Blom, et al., Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 092105. ITO (+)/PPV/Ag (-) hole dominated device
高势垒
LUMO 2.8 eV
Ca (+) 2.9 eV
Ca (-)
高空穴注入势垒
低电子注入势垒
HOMO 5.1 eV
3.3、空间电荷的生成及对电流的贡献 3.3.1、空间电荷的生成
偏压＝ 0，电中性 x
小偏压，少量净电荷 x
-------------
高偏压，大量净电荷 x
-------------------------