金屬有機鈣鈦礦納米線中載流子定向輸運研究取得新進展

近日，中科院大連化學物理研究所超快時間分辨光譜與動力學創(chuàng)新特區(qū)研究組（11T5組）金盛燁研究員科研團隊在金屬有機鈣鈦礦納米線中載流子定向遷移研究中取得新進展，成功實現(xiàn)了在單個納米線中光生載流子長距離輸運過程的定向調(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散距離可達到微米尺度。除利用鈣鈦礦材料本征的載流子濃度驅(qū)動的擴散遷移性質(zhì)以外，人們還試圖通過納米尺度化學調(diào)控的方式進一步提升載流子輸運性能。為實現(xiàn)這一個目標，該研究團隊發(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輸、提高光生載流子利用效率等方面和納米光電子學領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。