有机金属卤化物钙钛矿薄膜中的光诱导载流子 动力学和动态带重整效应

• 作者: 刘伟民 姚建铨 库治良 戴晔 林贤 赵婉莹 金钻明 阎晓娜 马国宏
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 有机卤化钙钛矿 超快瞬态光谱 电子-空穴复合 带重整
• 年，卷（期）: 2019,（1）
• 所属期刊栏目: 物理学交叉学科及有关科学技术领域
• 页码范围: 329-337
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.68.20181854

摘要

近年来有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池因具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点,引起了学术界和产业界的广泛关注,其优异的光电特性逐渐在能源领域展现出独特的优越特性.在短短几年内,有机-无机混合物钙钛矿太阳能电池的能量转换效率已经高达23％,发展速度逐步赶上甚至超越了成熟的硅太阳能电池.本文利用飞秒瞬态吸收光谱,对二步法制备的(5-AVA)0.05(MA)0.95 PbI3和(5-AVA)0.05(MA)0.95 PbI3/Spiro-OMeTAD有机-无机卤化物钙钛矿薄膜材料的激发态动力学进行了对比研究,详细讨论了两种薄膜样品中的电荷载流子产生与复合机制.通过紫外-可见吸收光谱测得钙钛矿薄膜(5-AVA)0.05(MA)0.95PbI3和(5-AVA)0.05(MA)0.95PbI3/Spiro-OMeTAD的吸收光谱与CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜材料的双价带结构相对应.从瞬态吸收光谱中,观察到760 nm附近的光致漂白信号,此时的载流子复合过程符合二阶动力学过程,而在约550—700 nm光谱范围内则是光诱导激发态吸收信号.实验结果表明,(5-AVA)0.05(MA)0.95 PbI3钙钛矿薄膜样品中光生载流子主要的弛豫途径是自由电子和空穴的复合.抽运光激发样品使价带中的电子跃迁到导带,随着延迟时间的增加,电子和空穴复合,光谱发生红移现象.所观察到的带重整效应可以根据Moss-Burstein效应解释.相比较而言,(5-AVA)0.05(MA)0.95 PbI3/Spiro-OMeTAD钙钛矿薄膜样品在光激发后电子和空穴分离,空穴迅速转移到空穴传输层,这将导致样品吸收度增加,漂白信号快速恢复,电子-空穴的复合不再对漂白信号的弛豫动力学起主导作用,同时也削弱了带重整现象.本文的实验结果对半导体有机-无机金属卤化物钙钛矿薄膜在光伏领域的应用具有重要意义,为今后高效、稳定的钙钛矿太阳电池的研究提供了参考.