非絕熱分子動力學模擬A位陽離子對鈣鈦礦熱載流子弛豫的影響

賀進祿,龍 閏,方維海

(北京師范大學化學學院,理論與計算光化學教育部重點實驗室,北京 100875)

影響熱載流子能量弛豫的因素有外界的實驗條件[14]、材料本體的性質[3,15]以及組分調控[16,17]等. Yang等[14]通過瞬態吸收光譜研究了激發光的強度對于熱載流子能量弛豫的影響,增加激發光的強度能夠延長熱載流子能量弛豫時間. Zhu等[3]提出了大極化子的形成能夠延緩熱載流子能量弛豫,提高鈣鈦礦太陽能電池的效率. Fu等[15]認為熱聲子瓶頸和俄歇熱效應是延緩熱載流子能量弛豫的2個關鍵因素,并提出中等載流子濃度時熱聲子瓶頸效應起主導作用,而在載流子濃度高時俄歇熱效應起主導作用. 另有實驗通過調控鉛鹵鈣鈦礦的組分來延長熱載流子能量弛豫時間[16～18]. 如Chung等[16]發現鉛鹵鈣鈦礦中的熱載流子的壽命依賴于其鹵素的組分,Fang等[18]通過將鉛鹵鈣鈦礦中的鉛替換為錫之后,發現熱載流子壽命提高了3～4個數量級. 理論計算表明,A位陽離子對于鈣鈦礦的熱載流子能量弛豫范圍內的價帶和導帶的態密度貢獻微乎其微[19～21],但是大量實驗結果表明A位陽離子對鈣鈦礦熱載流子弛豫動力學有顯著影響[3,17,22]. 如Chen等[17]運用飛秒瞬態吸收光譜方法研究了APbBr3(A=Cs+,MA+,FA+) 弛豫動力學,結果顯示,熱載流子能量弛豫時間的變化順序為CsPbBr3>MAPbBr3>FAPbBr3,這一現象的物理機制有待進一步的理論模擬來揭示.

Fig.1 Schematic diagram of hot carrier energy relaxation dynamicsin the perovskite system

圖1給出了熱載流子能量弛豫的動力學過程. 半導體材料被大于其帶隙的高能量的光激發后,電子被……