Angew. Chem. Int. Ed.：基于Mie散射的多孔界面融合的钙钛矿薄膜协同增强光捕获和载流子运输能力

【引言】

迄今为止，人们使用钙钛矿制备了很多器件，例如太阳能电池，发光二极管，激光光电探测器等。光捕获和载流子运输能力对光电器件来说是两个重要的因素，尤其是高敏光电探测器、高PCE太阳能电池等。通常，自组装的纳米结构和体相材料相比有较好的光捕获能力。不过，纳米颗粒之间的界面会降低载流子输运能力。此外，合成过程中为提高纳米颗粒分散性和薄膜质量而加入的添加剂，会进一步阻碍纳米颗粒之间的载流子输运，从而降低光电探测器的性能。因此，同时提高钙钛矿器件的光捕获能力和载流子输运能力至关重要。

【成果简介】

近日来，来自南京理工大学的曾海波教授和宋继中副教授（共同通讯作者）等人在Angew. Chem. Int. Ed上发表题为“Constructing Mie-Scattering Porous Interface-Fused Perovskite Films to Synergistically Boost Light Harvesting and Carrier Transport”的文章，该团队采用冷冻干燥法，制备了基于Mie散射的多孔且界面融合的CsPbBr₃钙钛矿薄膜，与其他的钙钛矿薄膜相比，这种薄膜具有很强的光捕获和载流子运输能力，使用这种薄膜的光电探测器具有超过10⁴的高的电流开/关比，在9V偏置电压，520nm光照下的EQE可达658%。这种具有高效的光捕获和载流子输运能力的薄膜在光电子器件领域具有极大的应用前景。

【图文导读】

图1：冷冻干燥重结晶法制备多孔且界面融合的钙钛矿薄膜的过程

a） DMSO-PbBr₂-CsBr前驱体的制备和冷冻干燥过程；

b） 膜的形成过程：成核、晶粒生长、重结晶过程，溶剂蒸发形成大量孔洞，重结晶过程使晶粒之间相互结合；

c，b） 过程对应的钙钛矿不同状态的图片：前驱体浆料、固化、成膜。

图2：多孔且界面融合的CsPbBr3钙钛矿薄膜的微结构

a）b） CsPbBr3钙钛矿薄膜的表面SME图；

c） 对应a）、b）图的孔径分布；

d，e） CsPbBr3钙钛矿薄膜的剖面SEM图；

f） 对应d）、e）图的孔径分布；

g-i） 分别为界面SEM（g）、TEM（h）、HRTEM（i），i）中插图显示相应的晶粒衍射图，比例尺为2nm。

图3：光捕获能力和载流子输运能力的协同增强

a） 典型的Mie多孔膜和致密膜之间的吸收比较；

b） 薄膜内的Mie多孔散射示意图；

c） 吸收系数与孔径的关系；

d） 电导率和孔径之间的关系。

图4：基于Mie多孔且界面融合的钙钛矿薄膜的光电探测器的性能参数

a) 器件示意图；

b) 器件能带结构示意图，虚线表示费米能级；

c) Mie多孔膜和致密膜在532nm激光辐照下的黑暗环境中的I-V特性曲线，实线代表光电流。虚线代表暗电流；

d) Mie多孔膜在不同光强下，在电压为5V处的I-t关系曲线；

e) 孔径约400 nm的Mie多孔膜532nm激光辐照、0.1V电压下，光响应的时间；

f) 基于Mie多孔膜和致密膜的光电探测器的EQEs；

g) 基于Mie多孔膜的光电探测器在不同偏压下的相应光谱；

h) 在532nm激光辐照、0.1V电压下循环工作10000多次后的，光电流和暗电流几乎不变。

【小结】

冷冻干燥法不仅可以制备全无机钙钛矿薄膜，也可制备杂化钙钛矿薄膜，制备的多孔且纳米颗粒界面相互融合的钙钛矿薄膜可以协同提高光电器件的光捕获和载流子输运能力，在光电器件中具有巨大的应用前景。

文献链接：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)

本文由材料人编辑部杨超编译，朱晓秀审核，点我加入材料人编辑部。

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