由洛斯阿拉莫斯国家实验室制作
二维钙钛矿的典型结构
信用:洛斯阿拉莫斯国家实验室 钙钛矿材料是一种低成本、可溶液加工的半导体，能够以极高的效率吸收和转换太阳能，如果材料能够稳定有效，这使其成为光伏太阳能电池等应用中很有前途的材料
在发表在《化学》杂志上的研究中，洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员研究了二维钙钛矿在代表器件结构的条件下的性能，发现这些结构可以像三维结构一样有效
洛斯阿拉莫斯国家实验室集成纳米技术研究中心的研究员·聂说:“我们发现，这种材料本身存在一些浅缺陷或‘陷阱态’，可以帮助电荷远距离传输。”
“旅行距离比三维钙钛矿略低，但比人们相信的典型2D量子受限系统大得多
这是一个重要的发现，二维钙钛矿可以像三维钙钛矿一样有效
" 首次研究器件结构中的特性 三维钙钛矿在环境条件下是不稳定的
分层结构可以避免这种环境不稳定性
然而，层与层之间不良的电荷传导——层与层之间的绝缘间隔材料阻碍了电荷传输——已经成为限制这些半导体性能的一个问题
为了探索替代方案，聂和研究团队重点研究了二维Ruddlesden-Popper (RP)钙钛矿晶体中长的面内载流子扩散长度
载流子扩散长度表示电荷可以传输的长度，距离越长意味着效率越高，性能越好
研究小组通过扫描光电流显微镜探测晶体，在这种显微镜下，激光照射在材料上，使其松弛，让电子到达附近的电极
该技术提供了光电流的空间映射，并探索了光电特性
利用包括电荷收集、界面和温和电场的实验装置，研究人员能够首次研究器件结构中二维钙钛矿的性质
在电场存在的情况下可视化载流子扩散提供了与光伏器件的操作直接相关的特性和性能的观察
实验表明，二维钙钛矿的本征陷阱态可以增强电荷传导:材料中的原子尺寸缺陷，有时浅，有时深
这些缺陷会导致长的扩散长度，这意味着光生电荷可以传播更长的时间，并被收集为输出电流——设备的电源
聂说:“从根本上看，这项研究面临的最大挑战是，人们一直在观察这个扩散长度超过预期的有趣现象，但却找不到起源。”
扩散长度的惊人结果为器件的使用提供了希望 实验室理论部门的化学物理学家谢尔盖·特雷蒂亚克领导了实验系统的理论建模
“我们实际上很惊讶地看到这种长扩散长度，在二维系统中超过一微米，”特雷蒂亚克说
“这对应于假设理想2D结构时对电荷寿命和扩散长度最乐观的理论预测
这很令人兴奋，因为更长的扩散长度意味着电荷实际上可以被收集并用于设备中
" 聂和特雷蒂亚克希望在发现浅陷阱作用的基础上，利用实验室为钙钛矿材料系统建立的独特理论和实验框架，查明此类缺陷的分子来源
从那里，自由载流子电子传输(电荷)可以通过合理设计材料结构来控制，进一步调整2D钙钛矿性能，适用于一系列电子器件，如光伏、辐射传感器和信息处理器
相反，浅陷阱也可以减少，导致更短的扩散长度，这对于照明应用是有用的，例如固态照明或用于X射线成像的闪烁体
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
