近日，中國科學(xué)院的大連化學(xué)物理研究所研究員任澤峰和中國工程物理研究院研究員趙一英等合作，在揭示準(zhǔn)二維鈣鈦礦載流子本征動(dòng)力學(xué)方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在《美國化學(xué)會雜志》。
飛秒瞬態(tài)吸收光譜（TAS）是一種常用的主要研究半導(dǎo)體載流子動(dòng)力學(xué)的手段。但受限于常規(guī)的探測靈敏度，TAS一般只能探測較高載流子濃度下的動(dòng)力學(xué)過程。然而，太陽能電池工作環(huán)境中的載流子濃度遠(yuǎn)低于該濃度。因此，常規(guī)瞬態(tài)吸收光譜測得的動(dòng)力學(xué)規(guī)律和真實(shí)情況下的載流子動(dòng)力學(xué)規(guī)律可能相差甚遠(yuǎn)。
二維鈣鈦礦由于其獨(dú)特的穩(wěn)定性和出色的光電性能而受到廣泛關(guān)注。然而，圍繞準(zhǔn)二維鈣鈦礦中不同二維相之間的空間相分布和能帶排列的爭論給理解載流子動(dòng)力學(xué)帶來了復(fù)雜性，也阻礙了材料和器件的發(fā)展。
本工作中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了2D和3D相之間載流子濃度依賴的電子和空穴轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。在線性響應(yīng)范圍內(nèi)的低載流子密度下，團(tuán)隊(duì)測量到了電子和空穴傳輸?shù)娜齻€(gè)超快過程，從數(shù)百fs到數(shù)ps、數(shù)十到數(shù)百ps、數(shù)百ps到數(shù)ns，可以歸屬于2D和3D相之間的橫向外延（結(jié)構(gòu)I）、部分外延（結(jié)構(gòu)II）和無序界面異質(zhì)結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)III）。此外，進(jìn)一步通過考慮相分布、能帶排列和載流子動(dòng)力學(xué)，團(tuán)隊(duì)提出了旨在增強(qiáng)載流子傳輸?shù)牟牧虾铣刹呗?，即提高結(jié)構(gòu)I和II的比例可以顯著提高電子/空穴的轉(zhuǎn)移速率；增大3D相的晶粒尺寸可以提高準(zhǔn)2D鈣鈦礦薄膜中電子轉(zhuǎn)移速率；增加2D相晶粒尺寸可以改善空穴從3D相到2D相的轉(zhuǎn)移。
增強(qiáng)載流子傳輸?shù)牟牧虾铣刹呗允疽鈭D。大連化物所供圖
該工作不僅為準(zhǔn)2D鈣鈦礦的精確本征光物理學(xué)提供了深入的見解，而且也有望促進(jìn)這些材料的實(shí)際應(yīng)用的研發(fā)。
相關(guān)論文信息：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c14737
本文鏈接：研究揭示準(zhǔn)二維鈣鈦礦本征光物理過程http://m.sq15.cn/show-11-3392-0.html
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