Elektron-hul-rekombinationsmekanisme i halogenidperovskitter

Et forskerhold ledet af prof. Zhao Jin fra Institut for Fysik, University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi fandt lavfrekvente gitterfononer i halogenidperovskitter, hvilket resulterede i høj defekttolerance over for elektron-hul-rekombination med deres uafhængigt udviklede software, Hefei-NAMD. Undersøgelsen offentliggjort i Videnskabens fremskridt .

Solceller er blevet vildt brugt i forskellige levebrød eller industrielle applikationer, mens effektiviteten og holdbarheden af ​​solenergihalvledere stadig chikanerer producenterne. Defekter i halvledende materialer danner elektron-hul (e-h) rekombinationscentre, der er skadelige for solkonverteringseffektiviteten. Dette er et vigtigt videnskabeligt spørgsmål på dette område.

Allerede i 1950'erne videnskabsmændene Shockley, Read og Hall foreslog den berømte Shockley-Read-Hall (SRH) model, via hvilken defekttilstande i båndgabet danner e-h rekombinationscentre. Og i årtier, den abstrakte model er blevet tilpasset af mange videnskabsmænd inden for halvlederområdet. Imidlertid, det tager ikke højde for elektron-fonon-koblingen, som er nøglen til e-h-rekombination ved ikke-strålende processer.

I dette studie, forskerne undersøgte e-h-rekombinationsprocesserne på grund af native punktdefekter i methylammoniumblyhalogenid (MAPbI) ₃ ) perovskitter, der anvender ab initio nonadiabatisk molekylær dynamik og tager faktorer i tælling præcist, såsom elektron-fonon-interaktioner, energiniveauer, kernehastighed, dekohærenseffekter og bærerkoncentration. De fandt denne ladningsrekombination i MAPbI ₃ blev ikke forbedret, uanset om defekterne introducerer en lav eller dyb båndtilstand, hvilket betød, at SRH-teorien bortfaldt.

Selvom man analyserer elektron-fonon-koblingen kvantitativt, de demonstrerede, at de fotogenererede bærere kun er koblet med lavfrekvente fononer og elektron- og hultilstande overlapper svagt, som forklarede hvorfor MAPbI ₃ viser stadig høj solkonverteringseffektivitet med mange defekter.

Disse resultater er vigtige i det fremtidige design af funktionelle halvledende materialer til solenergikonvertering.