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Ni2+掺杂和卤素空位填充协同抑制CsPbBr3纳米晶体中的离子迁移

2021-02-05孙智国魏昌庭耿冬苓李晓明曾海波

中国光学 2021年1期

孙智国,吴 晔,魏昌庭,耿冬苓,李晓明 ,曾海波

(1. 南京理工大学 材料科学与工程学院,江苏 南京 210094;2. 南京理工大学 新型显示材料与器件工信部重点实验室纳米光电材料研究所,江苏 南京 210094)

1 引 言

卤化铅钙钛矿(LHPs)具有优异的光电性能,适合在发光二极管、太阳能电池、探测器和激光器等光电子器件中应用,引起了科研工作者的广泛关注[1-5]。经过近十年的发展,基于钙钛矿材料的光伏电池的能量转化效率及电致发光二极管的外量子效率均已超过了20%[3,5-10]。然而,钙钛矿材料本身稳定性不佳,极大地阻碍了其商业化应用。大量的实验和理论计算表明,卤化物钙钛矿材料中普遍存在离子迁移现象,其诱导产生的带电离子的迁移和积聚会导致钙钛矿材料的元素分布以及内建电场发生显著变化, 甚至可引起局部晶体结构的改变,是影响钙钛矿器件工作稳定性的关键因素[11-14]。导致这种固有的不稳定性的主要原因是其离子迁移活化能小,在高湿、光照、电场作用下相结构容易分解衰败[15]。由于活化能与化学合成密切相关,不同的实验组使用不同的方式得到的卤素离子在钙钛矿中的迁移活化能在0.06 eV 到0.8 eV 之间[15-21]。最近,杨培东课题组通过构建CsPbBr3-CsPbCl3单晶微米棒异质结,结合空间分辨光致发光寿命和表面电位测量,为卤化物空位可促进离子扩散提供了证据。同时,相对于有机-无机杂化钙钛矿,全无机LHPs 的A 位原子迁移活化能相对更大,对离子迁移的作用较小[15]。因此,卤素空位对离子扩散有重要的促进作用,是影响LHPs 长期稳定的决定性因素。……

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