Science重磅：超快速瞬態吸收顯微鏡監測混合鈣鈦礦中熱載流子的遠程輸運

Jon 6年前 (2017-04-07) 8669瀏覽

【引言】

熱(非平衡)載流子熱化是太陽能電池效率損耗的主要來源之一，如果能夠捕獲熱載流子，則可以在它們與晶格達到平衡之前恢復這部分的效率損失，并且最終的熱力學極限轉換效率可以從Shockley-Queisser極限33%增加到約66%。目前，捕獲熱載流子所面臨的主要挑戰是熱載流子將剩余能量消耗到晶格中之前它們移動的距離相對較短，移動時間通常是皮秒時間尺度。最近，科研人員在混合鈣鈦礦中觀察到過高達100皮秒的載體冷卻時間，但這些長壽命的熱載流子是否能夠長距離移動以實現有效捕獲尚未探究清楚。

【成果簡介】

北京時間2017年4月7日，來自美國普渡大學的黃麗白教授(通訊作者)在Science上在線發表了一篇題為“Long-range hot-carrier transport in hybrid perovskites visualized by ultrafast microscopy”的文章，文中報道了該研究團隊關于捕獲混合鈣鈦礦中熱載流子的最新研究成果。該研究團隊利用具有50 nm空間精度和300 fs時間分辨率的超快速瞬態吸收顯微鏡(TAM)直接觀察CH₃NH₃PbI₃薄膜中熱載流子的遷移，發現并揭示了熱載流子三種不同的運輸方式，包括初始熱載流子的準運輸，用于受保護長壽命熱載流子的非平衡運輸，以及用于冷卻載流子的擴散運輸。研究者所觀察到的準三重運輸與剩余動能相關，該剩余動能導致熱載流子具有長達230 nm的運輸距離，并且可以克服晶界的阻礙進行運輸。在達到擴散運輸極限之前，非平衡運輸能夠持續數十皮秒，運輸距離約600 nm。這些結果表明基于混合鈣鈦礦形成的熱載流子裝置具有潛在的應用價值。