Small Methods:有机-无机钙钛矿材料中非辐射移动缺陷的可视化研究

有机-无机钙钛矿太阳能电池由于其成本低、重量轻、易于加工、光电转换效率快速逼近现代硅太阳电池等优点,近年来受到人们的广泛关注。然而,其未来的商业化和实际应用严重受限制于材料退化和器件性能不一致等问题。特别是钙钛矿材料中的荷电点缺陷可能对钙钛矿电池的电学行为、其在潮湿、氧气、电压偏压和光照下的稳定性,以及器件性能在不同操作条件下的可靠性起着重要的作用。这些存在于有机-无机钙钛矿材料的荷电点缺陷具有可移动的性质,会随着电压偏置和光照的变化而迁移,从而导致器件性能随时间的变化。为了提高器件的稳定性和可靠性,需要发展新的方法来可视化点缺陷迁移,估计离子迁移率,并确定影响它们迁移的因素。

近日,美国麻省理工学院的Silvija Gradečak团队提出了一种原位跟踪非辐射点缺陷迁移的通用方法。利用横向偏压钙钛矿薄膜的光致发光图谱,跟踪电荷俘获缺陷在器件电极之间迁移时非辐射复合过程中的连续变化。建立了缺陷漂移和扩散的MonteCarlo框架,与光致发光实验结果一致。结合该框架可以估算甲基铵铅碘化膜中的点缺陷迁移率。此外,对不同晶粒尺寸的材料测量表明,点缺陷在晶界的迁移率比块体快1500倍。这些结果表明晶粒形态可以用来调节点缺陷的迁移率,例如大晶粒或单晶材料可以抑制点缺陷的迁移。该工作所使用的方法可以可视化并量化各种先进钙钛矿材料中的电荷俘获点缺陷的迁移,为降低离子迁移率和提高器件稳定性奠定了基础。

相关研究近期以“Visualizing Nonradiative Mobile Defects in Organic–Inorganic Perovskite Materials”为题,在线发表在Small Methods (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/smtd.201900110)。论文通讯作者为美国麻省理工学院的Silvija Gradečak教授。