JPCC :通过交替改变前/后侧激发方向的TRPL来揭示界面在光载流子动力学中的作用

近日，物理化学权威期刊《Journal of Physical Chemistry C》上刊登了题为《Revealing the Role of Interfaces in Photocarrier Dynamics of Perovskite Films by Alternating Front/Back Side Excitation Time- Resolved Photoluminescence》，主要是针对钙钛矿薄膜载流子动力学的相关研究工作。该工作首次提出分别从前后侧激发薄膜样品，测定不同激发方向下的时间分辨荧光动态；进一步结合载流子复合-扩散模型，考虑薄膜正反表面的表面复合速度（Surface recombination velocity）参数，最终得到了钙钛矿载流子一系列动力学参数。

钙钛矿材料与器件在近十年间发展迅速，然而仍存在一些机理问题亟待讨论。例如本工作所聚集的载流子扩散以及薄膜界面缺陷复合等过程，对器件性能有着决定性的影响。自2013年Stranks（DOI: 10.1126/science.1243982）与Xing（DOI: 10.1126/science.1243167）等人分别提出利用荧光淬灭法测量载流子扩散系数以来，钙钛矿领域中有一些研究者认为该荧光淬灭法模型没有讨论界面的载流子转移过程，并且淬灭样品与参照之间因为制备条件差异，载流子参数无法保证一致。另一些研究者在讨论载流子动力学时，没有考虑薄膜前后表面的差异，简单的假设了相同的前后界面条件，或者直接认为钙钛矿/基底界面没有缺陷复合发生。

本工作分别从钙钛矿薄膜前后侧激发，观察到了不同的荧光衰减动态，确认了薄膜前后表面条件的差异。进一步，利用表面复合速度参数描述载流子复合-扩散模型的前后表面边界条件，拟合前后侧激发的荧光衰减动态，得到了薄膜的扩散系数、复合速度以及前后表面复合速度等一系列参数。有趣的是，该工作确认了自由钙钛矿表面（前侧）的缺陷复合概率远小于钙钛矿/玻璃基底（后侧），与Yang等人（DOI: 10.1038/nenergy.2016.207）利用表面瞬态反射谱方法测定结果一致。该工作进一步讨论和确认了传统荧光淬灭法会得到偏小的扩散系数。本工作提出了一种简便可靠的载流子扩散系数测定方法，同时定量讨论了表面缺陷复合对载流子动态的影响，进一步补充和完善了当前的钙钛矿载流子动力学模型。

本工作的主体——荧光动态测量，由德国PicoQuant公司提供的FluoTime300系列时间相关单光子计数（Time-Correlated Single Photon Counting）荧光寿命光谱仪完成。论文第一作者为电子科技大学副研究员曾鹏、博士生冯冠群，通讯作者为刘明侦教授。

文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.0c01121