Skinner lys over spændingstilstande i perovskitmaterialer

Gennem et tæt samarbejde mellem eksperimentelle ved University of California Berkeley og teoretikere i Los Alamos 'teoretiske divisionsgruppe T-1, centret for ikke -lineære undersøgelser (CNLS), og Center for Integreret Nanoteknologi (CINT), forskere har udført femtosekund forbigående absorption og tæthed funktionelle teorisimuleringer for at undersøge dynamikken i exciteret tilstand af hybrid perovskit MAPbI ₃ og fandt bevis for sammenhængende skeletvibrationsdynamik, der fører til dannelse af en polaron -tilstand, der understreger ladningsseparation. Lavfrekvente bølgepakke-tilstande observeres hovedsageligt for Pb-I-bøjnings- og strækningsvibrationerne som følge af polaron-tilstandens forskellige geometri sammenlignet med neutraltilstanden. Den høje effektivitet af MAPbI ₃ perovskit -solceller kan være endnu et eksempel på betydningen af ​​vibrationssammenhæng i effektiv fotokemisk dynamik.

Bekræftelse af elektron-phonon-kobling i hybrid organiske-uorganiske perovskitter hjælper med at forstå den høje solcelleeffektivitet. Teamet observerede lavfrekvente Raman-tilstande og relaterede atomforskydninger af Pb-I-rammen, angiver, hvordan disse vibrationsbevægelser fører til polarondannelse som ladningsbærere i hybridperovskitter.

Hybride organisk-uorganiske perovskitter er materialer med attraktive optoelektroniske egenskaber, herunder enestående solcelleydelse. Dens forbedrede egenskaber er blevet tilskrevet polaroniske effekter, der involverer stabilisering af lokaliseret ladningskarakter ved strukturelle deformationer og polarisationer. Heri, vi undersøger Pb-I strukturel dynamik, der fører til dannelse af polaron i methylammonium blyiodidperovskit ved forbigående absorption, tidsdomæne Raman-spektroskopi, og densitet funktionel teori. Methylammonium blyiodid MAPbI ₃ perovskit udviser kohærente nukleare bølgepakker i spændingstilstand, der oscillerer ved ~ 20, ~ 43, og ~ 75 cm ^-1 som involverer skeletbøjning, bøjning i flyet, og c-akse-strækning af I-Pb-I-bindingerne, henholdsvis. Amplituderne i disse bølgepakkebevægelser rapporterer om størrelsen af ​​de strukturelle ændringer i exciteret tilstand, i særdeleshed, dannelsen af ​​et bøjet og aflangt oktaedrisk PbI ₆ ^4- geometri. Ud over, vi har bestemt den teoretiske geometri med ophidset tilstand og strukturelle ændringer mellem neutrale og polaroniske tilstande ved hjælp af en projektionsmetode i normal tilstand, som understøtter og rationaliserer de eksperimentelle resultater. Dermed, denne undersøgelse afslører polarondannelsen via atomdynamik i perovskit, der kan have betydning for effektiv ladningsseparation og opsamling.