大化所鈣鈦礦單晶中光生載流子擴散動力學研究進展

　　近日，大連化物所超快時間分辨光譜與動力學創新特區研究組（11T5組）金盛燁研究員領導的科研團隊在金屬有機鈣鈦礦（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。相關研究成果以“Visualizing Carrier Diffusion in Individual Single-Crystal Organolead Halide Perovskite Nanowires and Nanoplates”為題在線發表在《美國化學會志》上(http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b08045， DOI: 10.1021/jacs.5b08045.)。

　　近年來，金屬有機鈣鈦礦材料CH3NH3PbX3(X=Cl, Br, I)由于其在構建高效、廉價太陽能電池和其他光電器件等方面展現出極大的應用價值，成為國際上尤為重要的研究熱點材料之一。此類鈣鈦礦的納米結構材料（如納米線和納米片），在保留優越光物理性質的同時，其微納尺寸也使得該類材料在微型光電/光學器件等領域具有廣泛的應用前景。CH3NH3PbX3類材料在各種器件中的優越表現得益于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熒光壽命的檢測中推算，但電荷遷移率（或者遷移系數）的測定往往需要在鈣鈦礦樣品上負載電極材料。然而由于受到樣品尺寸的限制，在鈣鈦礦納米結構材料（如納米線、納米片等，幾百納米到數微米尺寸）上負載電極或者利用傳統光譜解析手段（如瞬態吸收顯微鏡和時間分辨Tera-Hz等）檢測則極為困難，這使得人們無從判斷鈣鈦礦納米結構材料中的電荷遷移性質。該研究組則通過巧妙的構建熒光掃描時間分辨熒光成像系統，在不改變樣品形貌的條件下，成功實現了對鈣鈦礦單晶納米線和納米片中光生載流子遷移過程的直接熒光成像。可在觀測電荷遷移的動力學過程的同時，獲取鈣鈦礦樣品的載流子壽命、電荷遷移常數/遷移率和載流子遷移距離等定量參數信息。

　　此外，利用該檢測方法，該研究組通過對大量鈣鈦礦納米結構材料檢測結果的統計分析得出，雖然同為單晶結構，不同納米線/納米片的電荷遷移率等性質仍然可展現出極大的差別， 同時這種差別與樣品的尺寸、形貌無關。因此，在利用這些納米材料構建器件過程中，對樣品性質的快速篩選是十分必要的。該研究組建立的檢測方法，不僅可以為此類材料相關的基礎研究提供載流子動力學參數信息，也極有希望應用到其他光電材料電荷遷移動力學研究中。

　　以上研究得到了國家自然科學基金等的支持。