Angew. Chem. Int. Ed.：基于Mie散射的多孔界面融合的鈣鈦礦薄膜協同增強光捕獲和載流子運輸能力

【引言】

迄今為止，人們使用鈣鈦礦制備了很多器件，例如太陽能電池，發光二極管，激光光電探測器等。光捕獲和載流子運輸能力對光電器件來說是兩個重要的因素，尤其是高敏光電探測器、高PCE太陽能電池等。通常，自組裝的納米結構和體相材料相比有較好的光捕獲能力。不過，納米顆粒之間的界面會降低載流子輸運能力。此外，合成過程中為提高納米顆粒分散性和薄膜質量而加入的添加劑，會進一步阻礙納米顆粒之間的載流子輸運，從而降低光電探測器的性能。因此，同時提高鈣鈦礦器件的光捕獲能力和載流子輸運能力至關重要。

【成果簡介】

近日來，來自南京理工大學的曾海波教授和宋繼中副教授（共同通訊作者）等人在Angew. Chem. Int. Ed上發表題為“Constructing Mie-Scattering Porous Interface-Fused Perovskite Films to Synergistically Boost Light Harvesting and Carrier Transport”的文章，該團隊采用冷凍干燥法，制備了基于Mie散射的多孔且界面融合的CsPbBr₃鈣鈦礦薄膜，與其他的鈣鈦礦薄膜相比，這種薄膜具有很強的光捕獲和載流子運輸能力，使用這種薄膜的光電探測器具有超過10⁴的高的電流開/關比，在9V偏置電壓，520nm光照下的EQE可達658%。這種具有高效的光捕獲和載流子輸運能力的薄膜在光電子器件領域具有極大的應用前景。

【圖文導讀】

圖1：冷凍干燥重結晶法制備多孔且界面融合的鈣鈦礦薄膜的過程

a） DMSO-PbBr₂-CsBr前驅體的制備和冷凍干燥過程；

b） 膜的形成過程：成核、晶粒生長、重結晶過程，溶劑蒸發形成大量孔洞，重結晶過程使晶粒之間相互結合；

c，b） 過程對應的鈣鈦礦不同狀態的圖片：前驅體漿料、固化、成膜。

圖2：多孔且界面融合的CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的微結構

a）b） CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的表面SME圖；

c） 對應a）、b）圖的孔徑分布；

d，e） CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的剖面SEM圖；

f） 對應d）、e）圖的孔徑分布；

g-i） 分別為界面SEM（g）、TEM（h）、HRTEM（i），i）中插圖顯示相應的晶粒衍射圖，比例尺為2nm。

圖3：光捕獲能力和載流子輸運能力的協同增強

a） 典型的Mie多孔膜和致密膜之間的吸收比較；

b） 薄膜內的Mie多孔散射示意圖；

c） 吸收系數與孔徑的關系；

d） 電導率和孔徑之間的關系。

圖4：基于Mie多孔且界面融合的鈣鈦礦薄膜的光電探測器的性能參數

a) 器件示意圖；

b) 器件能帶結構示意圖，虛線表示費米能級；

c) Mie多孔膜和致密膜在532nm激光輻照下的黑暗環境中的I-V特性曲線，實線代表光電流。虛線代表暗電流；

d) Mie多孔膜在不同光強下，在電壓為5V處的I-t關系曲線；

e) 孔徑約400 nm的Mie多孔膜532nm激光輻照、0.1V電壓下，光響應的時間；

f) 基于Mie多孔膜和致密膜的光電探測器的EQEs；

g) 基于Mie多孔膜的光電探測器在不同偏壓下的相應光譜；

h) 在532nm激光輻照、0.1V電壓下循環工作10000多次后的，光電流和暗電流幾乎不變。

【小結】

冷凍干燥法不僅可以制備全無機鈣鈦礦薄膜，也可制備雜化鈣鈦礦薄膜，制備的多孔且納米顆粒界面相互融合的鈣鈦礦薄膜可以協同提高光電器件的光捕獲和載流子輸運能力，在光電器件中具有巨大的應用前景。

文獻鏈接：Constructing Mie-Scattering Porous Interface-Fused Perovskite Films to Synergistically Boost Light Harvesting and Carrier Transport. (Angew. Chem. Int. Ed. , 2017, DOI:10.1002/anie.201700600)

本文由材料人編輯部楊超編譯，朱曉秀審核，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷！