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▌gora 在二維鈣鈦礦光致發(fā)光檢測(cè)中的應(yīng)用
利用顯微光譜儀檢測(cè)不同壓力下二維 RP 鈣鈦礦 PL光譜
鈣鈦礦
高壓
光致發(fā)光
PL
【概述】金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其高功率轉(zhuǎn)換效率和良好成本效益，成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。其中，二維（2D）Ruddlesden–Popper（RP）鈣鈦礦備受關(guān)注，它是一種層狀結(jié)構(gòu)，由鈣鈦礦八面體層和有機(jī)分子間隔層交替排列而成，與 3D鹵化物鈣鈦礦相比，具有更好的穩(wěn)定性及更高的結(jié)構(gòu)和成分可調(diào)性。因此，如何進(jìn)一步提高其光電性能及通過(guò)結(jié)構(gòu)調(diào)控影響其光電性能成為了當(dāng)前的關(guān)鍵問(wèn)題。
圖1，二維 Ruddlesden–Popper 鈣鈦礦
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2023年，北京高壓科學(xué)研究中心呂旭杰研究員在 Nature Communications 上發(fā)表了一篇題為《Exciton engineering of 2D Ruddlesden–Popper perovskites by synergistically tuning the intra and interlayer structures》的文章。作者為探究層內(nèi)與層間結(jié)構(gòu)對(duì)光電性能調(diào)制關(guān)系引入了壓力以實(shí)現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并觀察到與之相關(guān)的激子行為及發(fā)光特性。
【樣品 & 測(cè)試】作者選用二維鈣鈦礦(BA)2(GA)Pb2I7 作為分析對(duì)象，圖2 為鈣鈦礦的層內(nèi)和層間結(jié)構(gòu)。作者采用機(jī)械剝離法制備了二維鈣鈦礦薄膜，并將其轉(zhuǎn)移到金剛石上后加壓。
圖2，二維RP鈣鈦礦的層內(nèi)和層間結(jié)構(gòu)
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作者使用復(fù)享光學(xué)的顯微光譜儀 gora 測(cè)量了不同壓力下的原位光致發(fā)光（Photoluminescence，PL）光譜及吸收光譜。如圖3 所示，在選定壓力下可以觀察到一個(gè)明顯的發(fā)射峰，當(dāng)壓力從初始?jí)毫?0GPa 上升至 2.1GPa 時(shí)，PL 強(qiáng)度急劇上升 72倍，隨后隨著壓力的增大而減小，同時(shí)激子吸收峰逐漸減弱。當(dāng)壓力從 0.2GPa 上升至 5GPa 時(shí)，光電導(dǎo)率在 3.1Gpa 時(shí)達(dá)到了初始值的 10倍。針對(duì)(BA)2(GA)Pb2I7 的測(cè)量結(jié)果表明，通過(guò)施加壓力可以有效提高二維 RP 鈣鈦礦的 PL 和光電導(dǎo)率性能。
圖3，不同壓力下的二維鈣鈦礦光電性能：(a) PL；(b) 吸收；(c) 光電導(dǎo)率
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為了定量和全面地描述利用壓力調(diào)制層內(nèi)與層間結(jié)構(gòu)對(duì)二維 RP 鈣鈦礦光學(xué)特性的影響，作者引入層內(nèi)和層間結(jié)構(gòu)參數(shù)的結(jié)構(gòu)描述符χ，該描述符與鈣鈦礦籠體積、層間距離、層間間隔非氫原子個(gè)數(shù)相關(guān)。此外，由于比較不同鈣鈦礦樣品在不同條件下的絕對(duì) PL 強(qiáng)度比較困難，作者引入對(duì)稱(chēng)因子S 來(lái)量化 PL 長(zhǎng)尾效應(yīng)，該因子與 PL 強(qiáng)度和峰位相關(guān)。比較 40種二維 RP 鈣鈦礦的高壓調(diào)制實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)χ 與 PL 對(duì)稱(chēng)因子S 具有相似的規(guī)律，揭示了結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性的關(guān)聯(lián)性。
圖4，多種二維RP鈣鈦礦結(jié)構(gòu)描述符與PL對(duì)稱(chēng)因子在壓力調(diào)制下的關(guān)聯(lián)
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【總結(jié)】作者提出了一種基于結(jié)構(gòu)調(diào)制提升二維 RP 鈣鈦礦光電性能的方法。光致發(fā)光光譜是反映鈣鈦礦光電性能的重要參考。復(fù)享的顯微光譜儀 gora 可針對(duì)微米級(jí)樣品進(jìn)行熒光、吸收、反射等多模式測(cè)量，助力鈣鈦礦器件光學(xué)性能的全方位表征。▌
圖5，文章對(duì)復(fù)享光學(xué)顯微光譜儀 gora 的標(biāo)注
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【參考文獻(xiàn)】
? Guo, Songhao,;et al. Exciton engineering of 2D Ruddlesden–Popper perovskites by synergistically tuning the intra and interlayer structures. Nature Communications (2024). Link
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