JPhysD编辑优选:荧光成像显微镜实时观测钙钛矿中的离子迁移

11 1月 2021 gabriels

本篇综述来自厦门大学李澄副教授、陈孟瑜助理教授和黄凯教授等研究人员所在课题组,文章总结了荧光成像显微镜在表征钙钛矿材料中离子迁移方面的进展;深入讨论了钙钛矿中离子迁移的动力学过程;通过荧光成像显微镜实时观测钙钛矿光电器件的退化过程。该方法有助于深入理解载流子与缺陷离子的相互作用,为开发稳定高效的钙钛矿光电器件提供指导。


文章介绍

Real-time Observation of Ion Migration in Halide Perovskite by Photoluminescence Imaging Microscopy

作者信息:

  • 张静,厦门大学电子科学与技术学院;
  • 李澄,厦门大学电子科学与技术学院;
  • 陈孟瑜,厦门大学电子科学与技术学院;
  • 黄凯 ,厦门大学物理科学与技术学院
 

本文总结了荧光成像显微镜在观测钙钛矿离子迁移方面的进展,详细阐释了荧光成显微镜的结构,以及实时原位观测离子迁移的过程,结合物理模型深度讨论了离子迁移的动力学过程和其造成钙钛矿器件退化的原因,提出了钙钛矿中大量离子迁移并在器件接触界面上积累,产生越来越多的带电缺陷和相分离,严重损害器件的效率和稳定性的机制。通过深入理解钙钛矿中的离子迁移特性和动力学过程,可以为抑制离子迁移提供研究方向,例如减少离子迁移通道、增加晶粒尺寸,是提高器件稳定性的有效方法。结合荧光成像显微镜,可以定性地分析迁移的离子以及定量化表征缺陷密度、离子扩散系数和离子迁移率等。通过设计低维钙钛矿结构、添加剂工程(例如碱金属离子、PCBM、离子液体等)以及非化学计量比的钙钛矿结构等有助于提高钙钛矿材料的效率和稳定性,推动钙钛矿光电器件的商业化应用。

图1. 荧光成像显微镜结构示意图。

研究背景

作为一种出色的光电转换材料,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在数年时间里迅速增长,已经可以比拟商业化的单晶硅太阳能电池。然而钙钛矿较差的稳定性成为限制其商业化的重要因素。钙钛矿光电器件的稳定性,尤其在外部电场/光场下的电流-电压滞回线效应和器件性能的退化与钙钛矿材料内部的离子运动密切相关。可是对于离子性质的理解仍处于较初级阶段,详细的离子运动动力学过程还存在争议。荧光成像显微镜作为一种通用的可以实时观测和定量化表征离子运动的有力工具,有助于深入理解钙钛矿中的离子迁移过程。因此,回顾荧光成像显微镜的发展过程以及在表征钙钛矿光电器件退化的微观机理方面的应用,对于开发高效稳定的钙钛矿光电器件有重要意义。


作者介绍

李澄,英国剑桥大学卡文迪许实验室博士,2019年担任厦门大学电子科学与技术学院微电子与集成电路系副教授,特任研究员,博士生导师,副系主任。主要研究方向为有机与钙钛矿光电功能材料与器件,包括太阳能电池,LED以及忆阻器等。以第一或通讯作者,在Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Small等权威期刊上发表论文,总引用次数超过1300余次。

陈孟瑜,香港中文大学电子工程系博士,2020年起任厦门大学电子科学与技术学院微电子和集成电路系助理教授。主要从事基于胶体量子点和钙钛矿材料的新型光电器件的制备及表征,以及表面等离子体微纳结构在光电器件中的应用等相关研究。在Adv. Sci., Adv. Funct. Mater., ACS Nano等国际权威期刊发表论文10篇,现主持国家自然科学基金青年基金一项。

黄凯,南京大学物理系博士,2016年起任厦门大学物理科学与技术学院物理系教授,2019年获厦门市双百人才计划支持。主要从事光电材料与器件方向的研究,包括LED、光电探测器等。在Nat. Mater., Nanoscale, Phys. Rev. B, Opt. Express等领域内国际权威刊物发表论文30余篇。