Technique de mesure de photocourants par interférométrie (SSPG)

La technique SSPG (mesure de photocourants créés par un système d’interférences) a été proposée pour la première fois en 1986 par D. Ritter, E. Zeldov et K. Weiser [1] pour déterminer la longueur de diffusion ambipolaire des porteurs dans un matériau semi-conducteur très résistif. Cette technique a été appliquée avec succès à de nombreux matériaux, principalement des films minces (e.g. silicium amorphe hydrogéné, silicium micro-cristallin, Sb2S3, P3HT-PCBM, perovskites) mais aussi des matériaux cristallins massifs (GaAs). 

Toutefois, un des défauts de cette technique, dans ces premières conceptions, est que la réalisation d’interférence illuminant l’échantillon à étudier nécessite l’ajustement manuel de miroirs pour régler l’interfrange.

Afin de gagner du temps nous avons imaginé un système où la position des miroirs est prédéfinie et un miroir mobile permet de choisir le pas des interférences qui sont créées dans l’échantillon. La figure ci-dessous donne un schéma synoptique du système développé au GeePs. Les bancs de mesure obtenus à partir de ce schéma permettent de réaliser une mesure automatiquement en quelques minutes pour des longueurs de diffusion allant de 50 nm à 2 µm [2].

 

 

Le second avantage de ce système est que l’échantillon à étudier est fixe et peut donc être placé sous vide dans un cryostat, ce qui est particulièrement important pour des matériaux susceptibles d’évoluer lorsqu’ils sont placés dans l’atmosphère ambiante (composés organiques, pérovskites). 

A titre d’exemple, la figure ci-dessous montre l’évolution de la longueur de diffusion ambipolaire mesurée sur un film mince de pérovskite entre l’étude sous vide et l’étude sous air à température ambiante (295 K). Après avoir maintenu l’échantillon sous vide secondaire (< 10-5 mbar) pendant plusieurs heures, on laisse l’air entrer dans le cryostat (Vacuum OFF). On observe une augmentation de la longueur de diffusion qui atteint une valeur de saturation après 250 minutes. La remise sous vide (Vacuum On) entraine une décroissance rapide de la longueur de diffusion qui retrouve sa valeur d’origine en 150 minutes environ. La mise en évidence d’un tel comportement n’a été possible que grâce à la rapidité de la mesure de la longueur de diffusion apportée par notre banc de mesure [3].

Evolutions de la longueur de diffusion d’un film mince de pérovkite triple-cation, MaFaCs, préparé à l’Institut Photovoltaïque d’Ile de France (IPVF, Palaiseau, France). A température ambiante et sous air, la longueur de diffusion augmente pour décroitre jusqu’à sa valeur d’origine lorsque l’échantillon est remis sous vide.

 

Références

[1] D. Ritter, E. Zeldov and K. Weiser, Appl. Phys. Lett. 49, 791 (1986).
[2] C. Longeaud, Rev. Sci. Instrum. 84, 055101 (2013). http://dx.doi.org/10.1063/1.4803006.
[3] C. Longeaud, F. J. Ramos, A. Rebai, J. Rousset, Sol. RRL 1800192 (2018). https://doi.org/10.1002/solr.201800192.


Contact : longeaud@geeps.centralesupelec.fr

 

 

 

 

 

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