发表时间: 2022-04-18 13:00:58
作者: 上海良允科学仪器有限公司
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有机-无机杂化钙钛矿(OIHPs)材料以其优异的光电性能被广泛研究,但其对外界环境非常敏感,水、氧、热、光照等都会影响材料特性,导致基于钙钛矿材料的光电子器件无法长期稳定工作。
通过对材料薄膜表面和晶界的缺陷钝化处理能够有效减少非辐射复合、保持薄膜稳定。研究者们已提出多种方法用于改善OIHPs的光电性能,如水汽处理、光处理(light soaking),氧气下的光击处理(light socking)等,聚焦电子束也可以调节材料的晶体结构和光电性质。虽然已有电子束处理MAPbBr3微米片单晶提高光电流的报道,然而普遍观点认为电子束辐照会破坏钙钛矿晶格导致其光致发光减弱。
西湖大学仇旻教授课题组深入全面研究了电子束辐照对MAPbI3薄膜性能的影响,发现电子束曝光在一定程度上有助于提高钙钛矿薄膜的质量。相关结果以“Electron-beam irradiation induced regulation of surface defects in lead halide perovskite thin films”为题发表在Research杂志上。
为了研究电子束辐照剂量对CH3NH3PbI3多晶薄膜的影响,研究团队在CH3NH3PbI3多晶薄膜上以逐渐增加的剂量曝光100个4 µm*4 µm的方形区域,得到周期为10 µm的10*10阵列。
图1. 不同剂量电子辐照CH3NH3PbI3多晶薄膜后的光致发光。
光致发光光谱及成像分析系统:WITec alpha300共聚焦拉曼光谱仪
利用WITec高分辨快速成像系统,研究团队对整个电子束曝光区域进行了大范围快速高分辨(350 nm空间分辨率)光致发光成像分析(图1)。光致发光强度随着电子束剂量的增加先增强后减弱,且发射峰位置由762 nm逐渐蓝移并稳定在750 nm左右。这种伴随着发射峰位蓝移的光致发光强度增强现象表明电子束曝光可能减少了薄膜表面缺陷从而抑制了电子空穴对非辐射复合。
图2. MAPI薄膜上电子束书写的“西湖大学”的PL强度成像(a)及PL峰位成像(b);(c)分别为A、B、C点对应的PL光谱。
研究团队利用电子束对钙钛矿薄膜缺陷的调控,进一步制备了图案化微结构以及光电流增强的光电探测器。这项工作为钙钛矿薄膜性能调节提供了新思路,为利用电子束调控钙钛矿质量以及钙钛矿基光电子器件提供了指导。