大連化物所發現鈣鈦礦在高壓下保持優異載流子輸運性能

　　 近日，中科院大連化學物理研究所研究員金盛燁、田文明等在高壓環境下光生載流子輸運研究中取得新進展。該團隊通過時空分辨熒光掃描成像技術，實現了高壓環境下載流子輸運的直接觀測，并發現鈣鈦礦在高壓環境下仍然可以保持良好的載流子輸運性能。相關研究成果發表在《美國化學會能源快報》上。

　　壓力作為重要的熱力學影響因素，可以有效縮短原子間距，增強電子軌道耦合，進而改變物質的電子和晶體結構，從而揭示材料結構與性能的關系，并在發現新結構、新現象和闡釋新機制方面發揮重要作用。研究發現，壓力可以有效改變鈣鈦礦材料的光電特性，并且在一定的壓力范圍內可以提升器件的光電性能。鈣鈦礦材料的載流子壽命，載流子遷移率和遷移距離是決定器件性能的重要參數。因此，了解這些核心參數在壓力作用下如何變化，對于理解壓力對鈣鈦礦器件光電性能的影響至關重要。高壓下材料性質研究主要在金剛石對頂砧壓腔內完成，受到壓腔空間以及傳壓介質限制，采用傳統方法測量高壓下載流子輸運性能具有巨大挑戰。

　　研究中，該團隊通過將金剛石對頂砧與時空分辨熒光掃描成像等技術相結合，在高壓環境下直接觀測到三維鈣鈦礦MAPbI3單晶中的載流子輸運過程，并發現在0.4至5.7GPa壓力范圍內，三維鈣鈦礦MAPbI3單晶的擴散系數比常壓提高30%以上，載流子依然可以保持5~8μm遷移距離。同時，團隊結合高壓下X射線衍射和拉曼光譜等表征技術，證明了MAPbI3單晶在0.3~0.4GPa發生了由四方相到立方相的結構轉變，在大約3GPa發生了等結構相變。本工作揭示了壓力對三維鈣鈦礦MAPbI3載流子輸運的影響，并為利用壓力來調節或優化鈣鈦礦的光電特性提供了新思路。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02359