新型钙钛矿材料瞬时光电性质的太赫兹光谱表征

As emerging hybrid organic-inorganic perovskite materials, methylammonium lead halide (MAPbX3) exhibits excellent performance in solar cells and draws wide attention. By mixing halide elements, bandgap engineering can modulate bandgap and optoelectronic properties at the same time. Further optimizing the solar cells based on methylammonium lead mixed-halide (MAPbX3-xYx, X,Y= Cl, Br, I, 0≤x≤3) perovskite materials needs to understand thoroughly its optoelectronic conversion mechanism and transient optoelectronic properties. However, so far there is no systematically investigation of the transient optoelectronic properties for this kind of perovskite materials. This project proposes to characterize electron transport, photogenerated carriers dynamics, transient photoconductivity of pervoskite materials via optical pump-THz probe spectroscopy so that provides precise parameters which are determined optoelectronic properties in optoelectronic devices. By characterizing methylammonium lead mixed-halide perovskite materials, this project will obtain a series optoeletronic physical parameters for different compositions, such as carrier density, photoconductivity, mobility, diffusion length, and on this basis guide perovskite optoelectronic device design and optimization.

作为新型钙钛矿材料，卤化甲基铵铅在太阳能电池领域有非常优异的表现并引发科研人员的广泛关注。能带工程技术可以通过卤素混杂的方式在调节该类材料的带隙的同时调节材料的光电性质。进一步优化基于混合卤化物甲基铵铅（MAPbX3-xYx, X,Y= Cl, Br, I, 0≤x≤3）的光电器件需要透彻理解该类材料中光电转换机制和瞬时光电性质，然而，迄今为止对于该类材料的瞬时光电性质还未见系统的研究报道。本项目提出利用光泵浦-太赫兹探测光谱技术对新型钙钛矿材料电子输运行为、光激载流子动力学、瞬时光电导等特性进行表征，为钙钛矿材料在太阳能电池等光电器件中的应用提供性质参数支持。本项目将通过表征混合卤化物甲基铵铅，得到不同组分材料的载流子浓度、光电导率、迁移率、扩散长度、碰撞时间等一系列与太阳能电池等光电器件密切相关的光电子学物理参数，并以此为基础指导基于该类钙钛矿材料的太阳能电池等光电器件的设计与优化。

过去三年中，针对新型有机-无机混杂钙钛矿的瞬时光电性质的研究，我们主要开展了以下几个方面的研究工作：（1）制备了新型有机-无机混杂钙钛矿MAPbI3、(MA)2PdBr4及(PEA)x(MA)2-xPdBr4。探索了新型钙钛矿材料的合成方法，其中由缺陷钝化剂聚醚胺PEA代替MA形成的新型钙钛矿材料在潮湿环境（湿度>80%）中可以稳定28天。（2）新型有机-无机钙钛矿材料的载流子动力学的研究。通过时间分辨的荧光光谱技术和太赫兹光谱技术，研究了载流子在该类钙钛矿材料中的复合规律，指出了缺陷态密度对光电转换机制的影响。（3）新型有机-无机钙钛矿材料的电子输运和光电转换过程的研究。通过荧光光谱技术和光泵浦-太赫兹光谱技术对该类新型钙钛矿材料进行表征，提出通过在不同氧含量环境下激光辐照的方式调控钙钛矿材料中的缺陷态密度，提升其光学与电学性能。项目所取得的成果对于新型有机-无机钙钛矿材料的光电性质的研究以及新型、环保、高性能的光电器件的开发具有指导作用。项目发表论文3篇，包括Nanoscale、Applied Physics Letters（被选为Editor’s Pick）、the Journal of Physical Chemistry Letters。项目共培养硕士生9人。在本项目研究的基础上，项目负责人获得了“江苏省特聘教授”的资助。