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編者按：Science和Nature期刊相繼深入研究陷阱態(tài)對(duì)鈣鈦礦器件的影響。研究人員觀察到離散的納米級(jí)陷阱簇，而不是在光致發(fā)光效率差的區(qū)域內(nèi)相對(duì)均勻的分布。通過將顯微鏡測(cè)量結(jié)果與掃描電子分析技術(shù)相關(guān)聯(lián)，研究發(fā)現(xiàn)這些陷阱簇出現(xiàn)在晶體學(xué)和組成上不同的實(shí)體之間的界面上。

在不到一個(gè)月的時(shí)間里，Science和Nature期刊相繼深入研究陷阱態(tài)對(duì)鈣鈦礦器件的影響，不得不說這是一個(gè)很大進(jìn)步！就編者個(gè)人觀點(diǎn)來看，金屬鹵化物鈣鈦礦材料的“神秘面紗”在正在慢慢地被揭開。在鈣鈦礦光伏器件的效率突破25%之后，如何深入研究該類材料的內(nèi)在特性以及建立器件的相關(guān)聯(lián)性是大家所關(guān)注的。那么測(cè)試技術(shù)和儀器的研發(fā)就顯得尤為重要。簡言之，好idea+新技術(shù)+新儀器缺一不可！

缺陷限制鈣鈦礦器件性能

在鈣鈦礦薄膜加工過程中，通常不可避免地會(huì)產(chǎn)生缺陷。其中，點(diǎn)缺陷通常僅在鈣鈦礦帶隙中的淺電子狀態(tài)，一般具有較低的形成能，對(duì)器件性能影響較小，但在帶隙內(nèi)的深電荷陷阱會(huì)俘獲電荷載流子，并使其非輻射復(fù)合，進(jìn)一步引起光致發(fā)光的局部變化并限制器件的效率和穩(wěn)定性。

盡管這些陷阱態(tài)與混合鹵化物鈣鈦礦中的光誘導(dǎo)鹵化物偏析和局部應(yīng)變有關(guān)，然而，這些陷阱態(tài)的起源和分布仍是不清楚的。那么，下面分享的兩個(gè)最新研究希望可以對(duì)你有啟發(fā)。

Nature:晶界處的納米級(jí)陷阱簇，限制鈣鈦礦器件的性能

第一作者：Tiarnan A. S. Doherty, Andrew J. Winchester

通訊作者：Samuel D. Stranks，Keshav M. Dani

通訊單位：英國劍橋大學(xué)，日本沖繩科技大學(xué)院大學(xué)

鑒于此，劍橋大學(xué)Samuel D. Stranks和沖繩科技大學(xué)院大學(xué)Keshav M. Dani等人使用光發(fā)射電子顯微鏡對(duì)最新的鹵化物鈣鈦礦薄膜中的陷阱分布進(jìn)行成像，并進(jìn)行深入研究。

研究人員觀察到了離散的納米級(jí)陷阱簇，而不是在光致發(fā)光效率差的區(qū)域內(nèi)相對(duì)均勻的分布。通過將顯微鏡測(cè)量結(jié)果與掃描電子分析技術(shù)相關(guān)聯(lián)，研究發(fā)現(xiàn)這些陷阱簇出現(xiàn)在晶體學(xué)和組成上不同的實(shí)體(可能包含晶粒)之間的界面上。與非輻射復(fù)合相關(guān)的陷阱位點(diǎn)出現(xiàn)在納米級(jí)簇中，這會(huì)影響電荷載流子的壽命和太陽能電池的開路電壓，并最終限制了器件的性能。

最后，通過產(chǎn)生時(shí)間分辨的光激發(fā)載流子俘獲過程的光發(fā)射序列，揭示了一個(gè)空穴俘獲特性，其動(dòng)力學(xué)受空穴向局部俘獲簇?cái)U(kuò)散的限制。該方法表明，在納米尺度上管理結(jié)構(gòu)和組成對(duì)于鹵化物鈣鈦礦器件的最佳性能至關(guān)重要。

總之，該方法的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出對(duì)鹵化物鈣鈦礦(定位和識(shí)別深陷阱態(tài)的結(jié)構(gòu)和成分起源)的研究能力，這將適用于多種對(duì)射線敏感的半導(dǎo)體材料系列，包括塊體無機(jī)材料和二維材料。

黃勁松Science：解析鈣鈦礦太陽能電池中陷阱態(tài)的空間和能量分布

第一作者：Zhenyi Ni

通訊作者：黃勁松

通訊單位：北卡羅來納大學(xué)

北卡羅來納大學(xué)黃勁松等人報(bào)道了金屬鹵化物鈣鈦礦單晶和多晶太陽能電池中陷阱的空間和能量分布的概況。

研究表明，在單晶中，缺陷密度變化范圍之大，相差五個(gè)數(shù)量級(jí)，最低值為2×1011cm-3，并且大多數(shù)深陷阱位于在晶體表面。多晶膜界面所有深度的電荷陷阱密度分別比薄膜內(nèi)部大1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，并且薄膜內(nèi)部的陷阱密度仍比優(yōu)質(zhì)單晶大2到3個(gè)數(shù)量級(jí)。

令人驚訝的是，表面鈍化之后，在鈣鈦礦和空穴傳輸層的界面附近發(fā)現(xiàn)了最深的陷阱，這里存在大量的納米晶體，很大程度上限制太陽能電池的效率。

研究人員模擬了帶隙為1.50和1.47 eV的鈣鈦礦薄膜太陽能電池，這與FA0.92MA0.08PbI3和FAPbI3的穩(wěn)定組成相對(duì)應(yīng)。假設(shè)這些材料具有與常規(guī)多晶MAPbI3薄膜相同的陷阱密度，則器件的PCE為22.5和22.8％。當(dāng)薄膜中的陷阱密度降低到與單晶中的陷阱密度相同時(shí)，效率可能會(huì)更高，分別增加到27.7％和28.4％。

總之，這項(xiàng)研究為深入理解鈣鈦礦電池效率的機(jī)制提供了新的見解，將進(jìn)一步促進(jìn)更高效和更高穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展。

原標(biāo)題：Science/Nature齊發(fā): 是什么限制了鈣鈦礦器件的性能?