ACS Energy Lett：通过电化学阻抗测试研究金属卤化物钙钛矿

纳米技术

2021-08-29

由于金属卤化物钙钛矿单晶显著的光学响应和光伏性质，金属卤化物钙钛矿受到能源领域的广泛关注，将钙钛矿的形貌从多晶转变为单晶，有助于深入理解钙钛矿材料性质的理解、相关材料的表征。但是钙钛矿材料生长过程中难以控制厚度和晶粒大小，因此导致界面和体相都产生明显的区别。人们发现电化学阻抗谱测试是非常有利的技术理解多晶钙钛矿材料生长动力学过程参数的有效方法；钙钛矿离子移动，陷阱态，载流子复合在单晶金属卤化物钙钛矿的体相和界面上都产生作用，因此需要仔细进行深入的研究和分析。

有鉴于此，德国斯图加特大学Michael Saliba、印度理工学院Soumitra Satapathi等综述报道电化学阻抗测试在单晶卤化物钙钛矿材料表征和研究中的重要意义，介绍了电化学微扰技术作为阻抗测试的重要补充。

本文要点：

（1）

目前钙钛矿材料在除了钙钛矿太阳能电池之外的应用得到广泛关注，比如激光、空间技术应用、能量存储、闪存、热致变色材料等应用得到关注。此外，金属卤化物钙钛矿在光探测领域显示比较重要的应用前景，能够高效率的将光信号转变为电信号，因此作为高效率光探测器。

（2）

钙钛矿材料具有显著的结构、光学、电子学性质，因此展示了较高的光吸收系数、较高的载流子传输距离、较长的载流子寿命等优势，通常相关器件中钙钛矿为多晶结构，多晶结构能够实现较好的晶化，但是其中含有较高缺陷浓度，作为载流子复合位点因此降低材料和器件的光利用效率。单晶结构金属卤化物钙钛矿材料表现了比多晶钙钛矿更高的载流子传输距离、更高的载流子寿命、同时缺陷密度更低。因此单晶钙钛矿材料表现了更高的环境稳定性，因为多晶卤化物钙钛矿材料中的晶界容易导致材料降解。而且相对于多晶钙钛矿，单晶卤化物钙钛矿材料的光吸收边界发生显著红移，因此进一步改善光利用率和光响应能力。

（3）

电化学阻抗法是一种微扰技术，能够在近乎可逆的条件进行样品测试，这种非破坏性的表征技术能够用于测试载流子弛豫时间，能量存储，能量耗散等问题，阻抗测试方法是基于样品随着频率变化电场导致产生电化学响应。向处于稳定状态的样品输入交流电压（AC）导致样品中产生微扰作用，这种微扰导致电流上产生变化，通过输入的交流电压与产生的响应电流之间的关系给出了频率区间阻抗响应（Ω cm^-2）。作者对卤化物钙钛矿的电化学阻抗能够测试的参数进行总结：离子移动、电导和介电、界面、载流子寿命等。

电化学阻抗新技术的发展。驱动级电容仿形(Drive-level capacitance profiling)、强度调制光电流-光电压光谱法(Intensity-Modulated Photocurrent–Photovoltage Spectroscopy)的测试。

参考文献

Mohammad Adil Afroz, Clara A. Aranda, Naveen Kumar Tailor, Yukta, Pankaj Yadav, Mohammad Mahdi Tavakoli, Michael Saliba*, and Soumitra Satapathi*, Impedance Spectroscopy for Metal Halide Perovskite Single Crystals: Recent Advances, Challenges, and Solutions, ACS Energy Lett. 2021, 6, 3275–3286

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01099

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01099