金屬有機(jī)鈣鈦礦納米線中載流子定向輸運(yùn)研究取得新進(jìn)展

近日，中科院大連化學(xué)物理研究所超快時間分辨光譜與動力學(xué)創(chuàng)新特區(qū)研究組（11T5組）金盛燁研究員科研團(tuán)隊在金屬有機(jī)鈣鈦礦納米線中載流子定向遷移研究中取得新進(jìn)展，成功實現(xiàn)了在單個納米線中光生載流子長距離輸運(yùn)過程的定向調(diào)控，相關(guān)研究成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI:10.1021/jacs.6b10512）。
金屬有機(jī)鈣鈦礦MAPbX3（MA=CH3NH3+；X=Cl-，Br-，I-）材料在光伏和光電器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出的優(yōu)越性能引起了相關(guān)科研人員的廣泛關(guān)注。在以鈣鈦礦材料為基礎(chǔ)的器件中，長距離載流子遷移對于制備高性能器件是必不可少的。目前，已報道的在鈣鈦礦多晶和單晶中載流子擴(kuò)散距離可達(dá)到微米尺度。除利用鈣鈦礦材料本征的載流子濃度驅(qū)動的擴(kuò)散遷移性質(zhì)以外，人們還試圖通過納米尺度化學(xué)調(diào)控的方式進(jìn)一步提升載流子輸運(yùn)性能。為實現(xiàn)這一個目標(biāo)，該研究團(tuán)隊發(fā)展了一種“固-固”鹵素離子交換的方法，合成了含有鹵素梯度的MAPbBrxI3-x單晶納米線；其中，納米線的一端富含溴元素（高能帶），另一端富含碘元素（低能帶），通過兩端的能級梯度成功實現(xiàn)了載流子的定向遷移。通過時間分辨熒光成像和動力學(xué)測量發(fā)現(xiàn)載流子可以定向的從溴濃度高的區(qū)域（高能帶）遷移到幾微米距離外的高碘濃度區(qū)域（低能帶）。與本征的載流子遷移過程相比，該能級梯度驅(qū)動的載流子輸運(yùn)過程具有明確的單一方向性，使這種納米線在長距離光能捕獲與運(yùn)輸、提高光生載流子利用效率等方面和納米光電子學(xué)領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。