摘要:甲基铵三溴化铅 (MAPbBr 3 ) 钙钛矿单晶被证明是出色的直接 X 射线和伽马射线探测器,具有出色的灵敏度和低检测限。尽管如此,对于高剂量电离辐射对这种材料的光物理影响的深入研究仍然缺乏。在这项工作中,我们介绍了关于受控 X 射线辐照对 MAPbBr 3 单晶光电特性影响的研究结果。使用成像 X 射线管在空气中进行辐照,模拟医疗设施中的实际应用。通过表面光电压谱,我们发现 X 射线照射会猝灭材料中的自由激子并引入新的结合激子物质。尽管有这种剧烈的影响,但晶体在黑暗和低湿度条件下储存 1 周后会恢复。通过 X 射线光电子能谱,我们发现新束缚激子物种的起源是溴空位的形成,导致材料介电响应的局部变化。恢复效应归因于大气氧和水对空位的填充。关键词:混合铅卤化物钙钛矿、甲基铵溴化铅、电离辐射、表面光电压谱、X 射线光电子能谱、激子
n为清洁和成本效益的能源解决方案开发新材料的全球竞赛,晶体结构已显示出作为半导体的希望。行业的外观认为,该半导体将成为新一代光伏太阳能电源的主要原材料。使用溴化铅,碘化铅和溴化纤维类化合物在La-boratories中开发的钙钛矿模块已被证明在将光子能量转化为电力方面非常有效。第一项探索钙钛矿独特特性的研究于2009年发表,当时《美国化学学会杂志》上的一篇开创性的论文首次证明了它们作为光电化学太阳能电池的组成部分。从那以后,全球研究小组一直在研究钙钛矿。
本文报道了钙钛矿太阳能电池的数值模型,该电池与分布式布拉格反射器对相结合以获得高能量效率。提出的电池的几何形状用三种不同的钙钛矿材料模拟,包括 CH 3 NH 3 PbI 3 、 CH 3 NH 3 PbBr 3 和 CH 3 NH 3 SnI 3 。与无毒钙钛矿材料相比,基于碘化铅和溴化铅的有毒钙钛矿材料似乎更有效。具有最高效率结构执行的模拟光伏参数为开路电压 = 1.409 (V)、短路电流密度 = 24.09 mA/cm 2 、填充因子 = 86.18% 和效率 = 24.38%。此外,对当前研究与不同类型结构进行了比较,令人惊讶的是,我们的新几何形状具有增强的性能参数,这些参数以背反射器对(Si/SiO 2 )为特征。应用的数值方法和所呈现的几何设计努力有利于获得有可能解决效率较低的薄膜太阳能电池问题的结果。
相比之下,最近人们已使用基于 MHP 且不需要光刻的技术来生产大面积、高效且低成本的光电子器件和太阳能电池。[8] MHP 尤其适合用溶液处理法,因为它们易于在低温下合成、对缺陷具有耐受性、吸收能力强、在可见光和近红外范围内可调谐带隙能量、光致发光量子产率 (PLQY) 高、发射峰窄、传输特性好、非辐射复合中心密度低。[9–13] 例如,文献中已报道了高效的钙钛矿发光二极管 (PeLED)[2,14–17],其发射波长在可见光范围内。 2014 年报道的第一款 PeLED 的外部量子效率 (EQE) 约为 0.1%(混合甲基铵溴化铅,MAPbBr3)[18],其发展速度极快,迄今为止报道的 EQE 已超过 21%,可与最先进的 OLED 相媲美。[2,19]
近十年来,卤化物钙钛矿得到了广泛的研究,部分原因是钙钛矿基太阳能电池的能量转换效率得到了前所未有的快速提高。除了太阳能电池之外,基于钙钛矿的光电器件如光电探测器和发光器件也已展示出令人印象深刻的性能,这得益于大的吸收系数、可调的带隙、缺陷容忍度和长的载流子扩散长度。尽管这些领域已经取得了重大进展,但是包括长期稳定性和铅的毒性在内的一些挑战极大地限制了它们的商业化。人们已经付出了巨大的努力,从光物理的基本理解、材料工程和性能优化等方面来解决这些长期存在的问题。本期特刊以“卤化物钙钛矿:从材料到光电器件”为主题,包括一条评论、四篇综述和五篇原创研究文章,涵盖了所有提到的主题。在本期特刊中,熊等人。来自新加坡南洋理工大学的李建军等 [1] 深入评述了基于钙钛矿的激子极化玻色-爱因斯坦凝聚态的研究现状和未来的研究方向。Koleilat 等 [2] 详细总结了维度工程包括形态工程和分子工程如何影响它们的带隙、结合能和载流子迁移率,从而影响光电探测器和太阳能电池的性能。李等 [3] 综述了二维钙钛矿中自陷激子的研究进程,包括自陷激子的起源,如何检测和控制自陷激子以及自陷激子的存在如何影响钙钛矿基光电器件的性能。唐等 [4] 详细评述了自陷激子在钙钛矿中的研究进展,包括自陷激子的起源,如何检测和控制自陷激子以及自陷激子的存在如何影响钙钛矿基光电器件的性能。 [4] 收集了钙钛矿基发光二极管的外量子效率、亮度和稳定性状态等性能矩阵,向读者简要而全面地介绍了该领域。陈等 [5] 总结了下一代硅基串联太阳能电池的可能顶部电池,并进一步提出了有希望的候选顶部电池。梅等 [6] 通过一种简单的一步滴涂法探索了前体浓度如何影响可印刷无空穴导体介观钙钛矿太阳能电池的性能;游等 [7] 通过使用无掺杂聚合物聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)作为空穴传输层,研究了无机钙钛矿太阳能电池的性能和热稳定性。钟等[8] 采用刮刀涂布法制备宽带隙甲脒溴化铅薄膜,并研究表面活性剂种类对基于所制备薄膜的太阳能电池性能的影响。魏等。[9] 展示了如何通过复合工程制造高效的钙钛矿基发光二极管。Mu 等人 [10] 提出了一种电晕调制装置结构,以在电子束激发下实现钙钛矿量子点中的随机激光发射。本期特刊中出现的十篇文章仅涵盖了这个快速发展的钙钛矿社区最新进展的一小部分。我们希望本期特刊能为卤化物钙钛矿社区提供有用的参考,并激发这些研究领域的更多研究。