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奮進南師

我校物科院甘志星副教授在Advanced Energy Materials上發表研究論文

近期,我校物科院甘志星副教授與澳大利亞斯威本科技大學賈寶華教授、文小明研究員,新加坡南陽理工大學張華教授以及墨爾本大學Kenneth P. Ghiggino教授等課題組合作,在鹵化物鈣鈦礦半導體非平衡態載流子的輸運與弛豫的研究中取得了新的進展,相關研究成果以“The Dominant Energy Transport Pathway in Halide Perovskites: Photon Recycling or Carrier Diffusion?”為題,發表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials,影響因子21.875)上,甘志星為該論文的第一作者。

金屬鹵化物鈣鈦礦是一類重要的直接帶隙半導體材料,具有光學吸收系數高、帶隙可調、光學增益高、載流子遷移速率快、熒光量子效率高等特點。在過去幾年中,金屬鹵化物鈣鈦礦材料成為光伏領域的最驚喜的發現,不斷地刷新著光電轉換效率。金屬鹵化物鈣鈦礦在發光器件、半導體激光器和光電探測器等方面也已展現出巨大的應用前景。非平衡態載流子的擴散長度是決定各類半導體光電器件性能,特別是光伏轉換效率的一項重要基本參數。大量研究表明金屬鹵化物鈣鈦礦具有非常長的載流子擴散長度,可以達到幾十微米甚至高達上百微米,明顯超出了人們一般意義上對載流子擴散長度的認識,因此也受到了廣泛的質疑。有一部分研究人員認為鈣鈦礦中非平衡態載流子具有非常長的壽命,因此可以擴散到非常長的距離(Carrier Diffusion)。但是,另一部分研究人員則認為,非平衡態載流子在擴散過程中發生復合,輻射出的光子被重新吸收,產生新的非平衡態載流子,然后繼續擴散,上述過程的多次重復導致這種異常長的擴散長度(Photon Recycling)。

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針對這一激烈爭論的問題,甘志星副教授與合作者設計了一系列實驗,在二維晶體垂直于二維平面的方向,用激發光位置和發射光位置分離的微區光譜技術研究了非平衡態載流子的弛豫過程,結果證實了光子的重循環效應對“長的擴散長度”有非常重要的貢獻。并且進一步的對更普遍的三維鈣鈦礦晶體中做了類比研究,得出了相似的結論。該成果獲得了四位審稿人一致的高度好評。審稿人評價:“The deep understanding on carrier dynamics is indeed of importance for achieving high performance perovskite devices (such as solar cell and LED), so this manuscript may attract broad audiences.” “This is an insightful and very important report, which could help to resolve the debate around the individual contributions of photon recycling and carrier diffusion on the carrier dynamics. The clarification of this issue will have a significant impact on the mechanistic understanding, and future development of optoelectronic devices based on perovskites.”

該研究得到了國家自然科學基金等項目的支持。

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900185

  • 更新時間

    2019年04月02日

  • 閱讀量

  • 供稿

    物科院

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