准原位光载流子辐射测量技术揭示钙钛矿薄膜表面的光诱导缺陷态动态变化

《The Journal of Physical Chemistry Letters》：Light-Induced Defect State Dynamics on Perovskite Film Surface Revealed by Quasi-In Situ Photocarrier Radiometry

　　

摘要

光诱导的缺陷动态会显著影响钙钛矿的光电性能与稳定性，但由于缺乏原位定量表征，这些缺陷的演化机制及其起源至今仍不完全清楚。本研究提出了一种准原位光载流子辐射度测量法（QI-PCR），用于探究和量化钙钛矿薄膜中光诱导的缺陷演化情况。更高的激发强度会加速光致发光强度的下降，而在研究温度范围内降低温度则能抑制光致发光强度下降，反而提升光致发光强度，且在中间温度下会出现光致发光强度提升与下降的转折点。这种光诱导响应在黑暗环境中可部分逆转，且强烈依赖于激发条件。通过准原位拟合，可以确定有效寿命（τ_eff）和表面复合速率（SRV）。在300 K下，以100 mW cm^–2的强度用405 nm光激发时，根据SRV估算的表面缺陷密度（N_t）在210秒内从4.8 × 10⁹上升至2.53 × 10¹⁰ cm^–2；而在250 K时则从8.95 × 10⁹下降至5.0 × 10⁹ cm^–2。基于这一机制，在相同激发强度下，添加超薄的LiF层可抑制光致发光强度下降，使光致发光强度的时间常数从57秒延长至384秒，同时将表面缺陷密度从2.53 × 10¹⁰ cm^–2降至2.4 × 10⁹ cm^–2。这项研究证明了QI-PCR是一种灵敏且实用的方法，可用于追踪钙钛矿薄膜中光诱导的表面缺陷动态，有助于深入理解光诱导不稳定性的成因，也为优化稳定的钙钛矿器件提供了方法学支持。