近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所超快時(shí)間分辨光譜與動(dòng)力學(xué)創(chuàng)新特區(qū)研究組（11T5組）研究員金盛燁領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在金屬有機(jī)鈣鈦礦（organolead halide perovskite）單晶光生載流子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)研究工作中取得新進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)鈣鈦礦單晶納米線/納米片中載流子擴(kuò)散過程的可視化和定量研究。相關(guān)研究成果以Visualizing Carrier Diffusion in Individual Single-Crystal Organolead Halide Perovskite Nanowires and Nanoplates 為題在線發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》上(DOI: 10.1021/jacs.5b08045.)。

近年來，金屬有機(jī)鈣鈦礦材料CH3NH3PbX3(X=Cl, Br, I)由于其在構(gòu)建高效、廉價(jià)太陽能電池和其他光電器件等方面展現(xiàn)出極大的應(yīng)用價(jià)值，成為國際上尤為重要的研究熱點(diǎn)材料之一。此類鈣鈦礦的納米結(jié)構(gòu)材料（如納米線和納米片），在保留優(yōu)越光物理性質(zhì)的同時(shí)，其微納尺寸也使得該類材料在微型光電/光學(xué)器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。CH3NH3PbX3類材料在各種器件中的優(yōu)越表現(xiàn)得益于其獨(dú)特的光物理性質(zhì)，如高載流子壽命、高電荷遷移率和長(zhǎng)遷移距離。因此對(duì)這些光物理參數(shù)的定性和定量測(cè)定，是人們判斷鈣鈦礦樣品質(zhì)量的重要手段。載流子的壽命可以簡(jiǎn)單地從載流子熒光壽命的檢測(cè)中推算，但電荷遷移率（或者遷移系數(shù)）的測(cè)定往往需要在鈣鈦礦樣品上負(fù)載電極材料。然而由于受到樣品尺寸的限制，在鈣鈦礦納米結(jié)構(gòu)材料（如納米線、納米片等，幾百納米到數(shù)微米尺寸）上負(fù)載電極或者利用傳統(tǒng)光譜解析手段（如瞬態(tài)吸收顯微鏡和時(shí)間分辨Tera-Hz等）檢測(cè)則極為困難，這使得人們無從判斷鈣鈦礦納米結(jié)構(gòu)材料中的電荷遷移性質(zhì)。該研究組則通過巧妙的構(gòu)建熒光掃描時(shí)間分辨熒光成像系統(tǒng)，在不改變樣品形貌的條件下，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈣鈦礦單晶納米線和納米片中光生載流子遷移過程的直接熒光成像?？稍谟^測(cè)電荷遷移的動(dòng)力學(xué)過程的同時(shí)，獲取鈣鈦礦樣品的載流子壽命、電荷遷移常數(shù)/遷移率和載流子遷移距離等定量參數(shù)信息。

此外，利用該檢測(cè)方法，該研究組通過對(duì)大量鈣鈦礦納米結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析得出，雖然同為單晶結(jié)構(gòu)，不同納米線/納米片的電荷遷移率等性質(zhì)仍然可展現(xiàn)出極大的差別，同時(shí)這種差別與樣品的尺寸、形貌無關(guān)。因此，在利用這些納米材料構(gòu)建器件過程中，對(duì)樣品性質(zhì)的快速篩選是十分必要的。該研究組建立的檢測(cè)方法，不僅可以為此類材料相關(guān)的基礎(chǔ)研究提供載流子動(dòng)力學(xué)參數(shù)信息，也極有希望應(yīng)用到其他光電材料電荷遷移動(dòng)力學(xué)研究中。

以上研究得到了國家自然科學(xué)基金等的支持