UCSD徐升最新Nature:具有有效载流子动力学的钙钛矿超晶格
发布时间:2022-08-11来源:
一、【导读】
与其三维(3D)对应物比较,低维金属卤化物钙钛矿(二维(2D)和准二维,B2An-1MnX3n+1,B = R-NH3+,A = HC(NH2)2+,Cs+;M = Pb2+, Sn2+;X = Cl,Br,I)具有具有周期性无机-有机结构,从而显示出良好的稳定性和无滞后的电气性能。然而,由于多晶体中存在晶界和随机取向的量子阱,其独特的多量子阱结构限制了器件的效率。在单晶中,载流子通过厚度方向的传输受到层状绝缘有机隔绝层的阻碍。此外,有机隔绝层的强量子约束限制了自由载流子的产生和输运。此外,虽然无铅金属卤化物钙钛矿已经被开发,但其器件性能受到低结晶度和结构不稳定性的限制。
二、【成果掠影】
近日,加州大学圣地亚哥分校徐升教授团队在知名期刊Nature上以题为“Perovskite superlattices with efficient carrier dynamics”发表了钙钛矿超晶格领域的重大进展。研究团队通过化学外延法制备了一种低维金属卤化物钙钛矿BA2MAn−1SnnI3n+1(BA,丁基铵;MA,甲基铵;n = 1,3, 5)超晶格。无机板垂直于基底排列,并以平行于衬底的纵横交错的2D网络互连,从而在三维空间中实现高效的载流子传输。晶格失配基底压缩有机隔绝层,大大削弱了量子限制。制备的超晶格太阳能电池的性能已在准稳态下得到验证,显示出稳定的12.36%光电转换效率。此外,带内激子弛豫过程可能产生异常高的VOC。
三、【论文掠影】
图一、BA2SnI4超晶格的结构表征
图二、BA2SnI4超晶格的载流子传输性能
图三、BA2Man-1SnnI3n+1超晶格的应变性能
图四、Bi3+合金超晶格的光伏性能研究
图五、Bi3+合金超晶格热电子的动力学分析
五、【前景展望】
综上,除了本文讨论的独特的映射放松机制外,高VOC也可能还可以使用其他载流子传输过程,例如平行子单元之间的叠加原理、子带吸收、原子尺度结构中的多重激子产生和离子扩散。然而这都需要进一步的研究以完全了解这一现象。通过优化电极图案的设计、顶部电极的电阻率和ETL/孔传输层的带对齐方式,可以继续改进设备性能。
文献链接:Perovskite superlattices with efficient carrier dynamics (Nature, 2022, 608, 317-323)