卤化钙钛矿的电子空穴复合机制

时间:2020-02-25 18:30 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

卤化钙钛矿的电子空穴复合机制

中国科学院中国科学技术大学物理系赵金教授领导的研究小组利用自主开发的软件Hefei-NAMD,在卤化钙钛矿中发现了低频晶格声子,这导致了对电子空穴复合的高缺陷容忍度。这项研究发表在《科学进展》杂志上。

太阳能电池已广泛应用于各种生活或工业应用,而太阳能半导体的效率和耐用性仍然困扰着制造商。半导体材料中的缺陷形成电子空穴(e-h)复合中心,不利于太阳能转换效率。这是该领域的一个重要科学问题。

早在20世纪50年代,肖克利、里德和霍尔等科学家就提出了著名的肖克利-里德-霍尔(Shockley-Read-Hall, SRH)模型,通过该模型,能带隙中的缺陷态形成e-h复合中心。几十年来,这个抽象的模型已经被半导体领域的许多科学家所采用。然而,它没有考虑电子-声子耦合,这是e-h非辐射过程重组的关键。

在本研究中,研究人员利用从头计算的非绝热分子动力学,精确地考虑了电子-声子相互作用、能级、核速度、退相干效应和载流子浓度等因素,研究了甲基铵卤化铅钙钛矿天然点缺陷引起的e-h复合过程。他们发现MAPbI3中的电荷重组并没有增强,无论缺陷是引入浅带态还是深带态,这意味着SRH理论失效。

通过对电子-声子耦合的定量分析,他们发现光生载流子仅与低频声子耦合,电子与空穴态重叠较弱,这说明了MAPbI3仍然表现出较高的太阳转换效率,但也存在许多缺陷。

这些发现对未来太阳能转换功能半导体材料的设计具有重要意义。

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