鈣鈦礦結構調變影響光生電荷分離和傳輸性質—新聞—科學網

2020-12-04 科學網

 

近日，中科院大連化學物理研究所李燦院士、李仁貴研究員等在鈣鈦礦材料的結構調變與光電性質的研究方面取得新進展，發現全無機非鉛滷化物鈣鈦礦結構內部八面體畸變的消除明顯降低了電子—空穴對局域化，極大地增強了光生電荷的分離與傳輸，表現出優異的光電性質。相關研究成果發表在《先進材料》上。

金屬滷化物鈣鈦礦由於其優異的光電性質（如光吸收係數高、激子結合能低、載流子遷移率高和擴散長度長等）而受到研究者的廣泛關注，目前已被應用於各光電領域。

研究人員選用Cs3Bi2Br9這一類典型的無機滷化物鈣鈦礦半導體為研究對象，通過理論計算與實驗相結合，發現Cs3Bi2Br9中BiBr6八面體結構畸變使得激發的電子—空穴對強局域在鉍（Bi）中心，由此產生了極大的激子結合能，阻礙了光生電荷的分離與傳輸。進一步通過向其結構中引入銀（Ag）原子替代部分鉍（Bi）原子，形成雙鈣鈦礦Cs2AgBiBr6，銀（Ag）佔據了原來的空位，消除了八面體的結構畸變，大大降低了電子—空穴對的強局域化，使得導帶和價帶中的電子分布更加分散。因此，相比於Cs3Bi2Br9，Cs2AgBiBr6的激子結合能更小，載流子有效質量更低，載流子遷移率更高，有效壽命更長，極大地提升了光生電荷的分離和傳輸性質。

李仁貴介紹：「我們團隊又以可見光下光催化產氫反應作為探針反應，發現鈣鈦礦微觀結構的調變使得光催化產氫活性提高了兩個數量級以上，進一步驗證了鈣鈦礦結構調變對其光生電荷分離和傳輸性質的重要影響。」

該工作對於深入理解鈣鈦礦半導體微觀結構與其光電特性的本質關聯、理性設計和指導新型鈣鈦礦材料體系應用於光電領域具有重要意義。

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202002137

 

版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。

相關焦點

  • 大連化物所揭示無鉛鈣鈦礦材料的結構調變與光電性質本質關係
    近日，中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員李燦，研究員李仁貴等在鈣鈦礦材料的結構調變與光電性質的研究方面取得新進展，發現全無機非鉛滷化物鈣鈦礦結構內部八面體畸變的消除明顯降低了電子-空穴對局域化，增強了光生電荷的分離與傳輸，表現出優異的光電性質。
  • 大連化物所揭示無鉛鈣鈦礦材料的結構調變與光電性質本質關係
    近日，中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員李燦，研究員李仁貴等在鈣鈦礦材料的結構調變與光電性質的研究方面取得新進展，發現全無機非鉛滷化物鈣鈦礦結構內部八面體畸變的消除明顯降低了電子-空穴對局域化，增強了光生電荷的分離與傳輸，表現出優異的光電性質。
  • 光催化劑晶面間電荷分離研究獲進展—新聞—科學網
    中科院大連化物所
  • 頂刊綜述：多功能鈣鈦礦型LED的電荷傳輸材料
    然而，發射層和電荷傳輸層（CTL）之間的界面容易受到各種缺陷的影響，這些缺陷會降低PeLEDs的效率和穩定性。針對當前的研究背景，韓國漢城大學化學系和材料科學與工程學院蔚山國家科學技術學院的專家撰寫綜述闡述了鈣鈦礦作為發射體的基本局限性以及補償這些局限性的多功能CTL的最新進展，並對其器件應用進行了評述。
  • 高對稱性光催化劑晶面間電荷分離研究取得進展—新聞—科學網
    記者劉萬生 通訊員李仁貴、慕林超  6月28日，中科院大連化物所催化基礎國家重點實驗室、潔淨能源國家實驗室（籌）李燦院士、慕林超、李仁貴等帶領團隊，在太陽能光催化的光生電荷分離研究中取得進展
  • 《科學》刊發鈣鈦礦太陽能電池穩定性新進展—新聞—科學網
    但是，頗具「發電」天賦的鈣鈦礦光電材料的「脾氣」卻不穩定，表現主要有二，一是材料不穩定，容易發生分解；二是容易與光、水、氧氣發生作用，工作狀態下的鈣鈦礦光電材料分解速度尤其快。想讓它「乖乖聽話」並不容易。 「在老化過程中，電池內部究竟發生了什麼，是什麼原因導致的，又該如何解決，這是研究界一直渴望回答的問題。」上海交通大學教授韓禮元告訴《中國科學報》記者。
  • 電荷傳輸層對滷化物鈣鈦礦太陽能電池電容測量的影響
    （來源：微信公眾號「能源學人」ID：energist）最近美國託萊多大學（The University of Toledo）的鄢炎發教授和臺灣國立成功大學的李劍教授團隊合作發表了關於電荷傳輸層對滷化物鈣鈦礦太陽能電池電容測量的影響研究。
  • 新技術讓太陽能電池在85℃下運行500小時—新聞—科學網
    南京工業大學先進材料研究院黃維院士團隊、教授陳永華團隊與澳門大學應用物理及材料工程研究院教授邢貴川合作，在世界上首次報告了一系列不同量子阱寬度的純相二維Ruddlesden-Popper（
  • 上科大研發高效率高穩定性鈣鈦礦太陽能電池—新聞—科學網
    上海科技大學物質學院陳剛課題組通過使用烷基胺鹽對三維鈣鈦礦薄膜表面進行後處理，獲得高效率、高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池；同時利用同步輻射掠入射X射線衍射技術深入研究表面後處理形成界面層的成分和結構
  • 科學家揭示極性誘導的空間電荷分離促進光催化全分解水
    除了晶體形貌和晶面可以被用來調控光生電荷分離外，對於大多數半導體材料來說，表面極性特徵是一個極為普遍和常見的材料本徵性質，然而，對於半導體材料本徵極性的理性設計與調控及其對光生電荷分離的影響仍然不清楚。
  • 鈣鈦礦單晶中光生載流子擴散動力學研究獲新進展—新聞—科學網
    （organolead halide perovskite）單晶光生載流子擴散動力學研究工作中取得新進展，成功實現了對單個鈣鈦礦單晶納米線/納米片中載流子擴散過程的可視化和定量研究。CH3NH3PbX3類材料在各種器件中的優越表現得益於其獨特的光物理性質，如高載流子壽命、高電荷遷移率和長遷移距離。因此對這些光物理參數的定性和定量測定，是人們判斷鈣鈦礦樣品質量的重要手段。載流子的壽命可以簡單的從載流子螢光壽命的檢測中推算，但電荷遷移率（或者遷移係數）的測定往往需要在鈣鈦礦樣品上負載電極材料。
  • 科學家研製純相二維層狀鈣鈦礦太陽能電池—新聞—科學網
    同時基於液相法製備的二維層狀鈣鈦礦薄膜均由多相混合量子阱結構組成，即目標量子阱結構與實際獲得的多相混合量子阱結構有很大不同，薄膜中夾雜的其他多種鈣鈦礦相成分對鈣鈦礦器件的進一步應用有著很大的限制。 因此，科學家們長期致力於製備純相二維鈣鈦礦薄膜並研究其對於光電性能的影響。事實上，儘管鈣鈦礦前驅體溶液是嚴格按照化學計量比配置的，仍難以在沉積的過程中直接形成目標設計的純相量子阱薄膜。
  • 高對稱性光催化劑晶面間電荷分離研究獲進展
    近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室、潔淨能源國家實驗室（籌）李燦團隊(慕林超、李仁貴、李燦等)在太陽能光催化的光生電荷分離研究中取得進展，相關結果發表在國際能源和環境科學期刊Energy & Environmental Science上。
  • 太陽能電池電荷損失的量化分析方法研究取得重要進展
    >新聞歸檔 太陽能電池電荷損失的量化分析方法研究取得重要進展 太陽能電池是實現光能到電能轉換的光伏器件。在光電轉換過程中，光伏器件內部經歷了光生電荷的產生、分離、轉移、輸運、複合、抽取等多個體相和界面動力學過程。這些電荷動力學過程本質上主導著器件本身的性能。如何精確測量些微觀動力學參數?如何準確理解這些動力學過程的物理機制?是光電、電光領域的重要研究課題。也是評價材料性能和指導器件結構優化進而提高器件性能的必由之路。
  • 鈣鈦礦太陽能電池結構及原理
    有機金屬滷化物鈣鈦礦結構太陽能電池是一種以全固態鈣鈦礦結構作為吸光材料的太陽能電池，其能隙約為1.5eV消光係數高，幾百納米厚的薄膜即可充分吸收800 nm以下的太陽光， 在光電轉換領域具有重要的應用前景。鈣鈦礦太陽能電池憑藉良好的吸光性和電荷傳輸速率，以及巨大的開發潛力， 被譽為「光伏領域的新希望」。
  • 鈣鈦礦太陽能電池遭遇「成長的煩惱」,上海交大提出解決方法
    作為一種半導體異質結結構光電器件，鈣鈦礦太陽能電池通過鈣鈦礦光吸收層、電荷傳輸層等半導體材料組成的異質結結構來有效分離和提取光生電荷，實現由光能向電能的轉換，但鈣鈦礦電池異質結結構並不穩固，一旦異質結結構被破壞，電池性能就會顯著降低。
  • 玻璃中的鈣鈦礦量子點:光信息存儲又出「新星」—新聞—科學網
    這些晶核可以作為晶種在後續的低溫熱處理過程中受熱場驅動下生長並形成鈣鈦礦量子點，此時信息就可以被「記錄」下來。 由於鈣鈦礦量子點的光穩定性比較差，當再次用超短脈衝雷射對鈣鈦礦量子點進行輻照時，鈣鈦礦量子點的結構會受到破壞，並產生大量缺陷，最終導致其發光猝滅，所記錄的信息也就被「擦除」了。
  • 半導體所鈣鈦礦太陽電池研究取得進展
    在此背景下，該團隊構建了典型的P–I–N結構，系統研究了鈣鈦礦太陽電池內部光生激子產生、分離，以及載流子輸運和收集的影響因素。   1、陰極功函數的作用機制   電極功函數與有源層費米能級的差值影響能帶彎曲和界面層偶極矩，這對載流子輸運有重要影響。
  • 幸運的少數:打造高效人工全葉綠素太陽能電池—新聞—科學網
    在此之後，葉綠素衍生物被應用於平面異質結和體異質結結構的有機小分子太陽能電池（OSC）。緊隨其後，經過對葉綠素聚集體的載流子輸運特性及成膜性質研究後，將葉綠素聚集體作為無添加劑的空穴傳輸材料應用於鈣鈦礦太陽能電池（PSC），逐步優化獲得了較高的電池效率。
  • 蘇大鄒貴付團隊:分子鐵電驅動的高性能鈣鈦礦太陽能電池
    目前, 有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的最高效率已經超過25%, 且穩定性也得到了很大的提高, 有希望成為下一代薄膜光伏技術的候選者之一。從根本上講，鈣鈦礦太陽能電池的性能主要取決於鈣鈦礦層的吸光能力、缺陷鈍化以及光生激子的分離和提取。在光照條件下，光生激子會被PSCs的內建場分離和提取。