科研进展简报

聚集诱导发光研究钙钛矿载流子复合行为

来源:武汉光电国家研究中心    作者:能源光子学功能实验室    发布时间:2018年07月13日

   5月28日,德国John Wiley & Son旗下期刊《Advanced Optical Materials》(先进光学材料,IF=7.430)刊发了武汉光电国家研究中心在太阳能电池领域内的最新研究成果。此篇题目为《通过聚集诱导发光材料掺杂研究有机-无机钙钛矿材料在高通量激发光条件下的电荷载流子复合机制研究》(Investigation on Charge Carrier Recombination of Hybrid Organic–Inorganic Perovskites Doped with Aggregation‐Induced Emission Luminogen under High Photon Flux Excitation   Highly Efficient Perovskite Solar Cells with Gradient Bilayer Electron Transport Materials)的论文由武汉光电国家研究中心的硕士生陈知凡等在王鸣魁教授的指导下完成。

   近年来有机-无机杂化钙钛矿半导体材料备受关注,用于太阳能电池、发光二极管以及光电探测器等研究。人们对有机-无机杂化钙钛矿基本光物理性质的理解和认识仍有待增强,如MAPbI3钙钛矿(MA= CH3NH3+)中载流子复合行为的认识存在争议。多数认为在光伏工作条件下(载流子密度~1015 cm-3),MAPbI3中自由载流子主导光生电荷辐射复合。MAPbI3中同时存在激子和自由载流子,二者存在竞争性辐射复合。局域化激子也严重影响复合。半导体光物理特性在很大程度上决定器件性能,因此对钙钛矿中载流子复合行为的研究有利于材料的应用和发展。

   华中科技大学/武汉光电国家研究中心王鸣魁教授和朱明强教授合作,应用聚集诱导发光(AIE)材料在聚集态下具有较高量子产率的特点,在钙钛矿研究体系中引入AIE分子探索钙钛矿与AIE分子之间的能量和电荷的传递。在高能量、高光通量(3.82 eV, 4.08×1022 cm-2 s-1)激光作用下,首次观察到MAPbI3室温条件下呈现出双光致发光现象(图1)。变温光谱研究表明,高能量峰和低能量峰分别对应MAPbI3中自由载流子和束缚激子的复合。研究人员发现AIE分子的引入能改变峰值强度,表明AIE分子能改变MAPbI3中自由载流子和束缚激子的复合比例。该研究工作揭示了高能量高光通量激发条件下钙钛矿的载流子复合行为,自由载流子和激子的复合在光伏和发光器件中扮演着关键的角色。该研究结果对调节钙钛矿的光物理性质、促进其进一步的应用具有重要启示意义。

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图 MAPbI3的紫外可见吸收光谱、2.33 eV和3.82 eV激发下的PL谱

 

  文章链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.201800221(Adv. Optical Mater. 2018, 1800221)。本研究工作得到了国家自然科学基金项目(No. 21673091)项目的支持。