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二維鈣鈦礦材料 存在極化激子解離特性


來源:科技日?qǐng)?bào)

[導(dǎo)讀]  了解半導(dǎo)體中激子與自由載流子之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過程...

中國粉體網(wǎng)訊 受到光照,半導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生載流子——電子和空穴,兩者因帶有相反的電荷在靜電吸引力作用下被“捆綁”在一起,形成激子,。與自由的電子和空穴相比,,激子具有更高的發(fā)光效率,因而在發(fā)光和顯示器件領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。但在太陽能電池等光伏應(yīng)用中,,大量存在的激子不利于正負(fù)電荷的分離提取,,使太陽能電池效率大幅降低,。因此,,研究半導(dǎo)體中激子與自由載流子之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過程,,對(duì)材料和器件的合理應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義,。


據(jù)中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所消息,該所研究員金盛燁,、田文明等在(準(zhǔn))二維鈣鈦礦激子解離動(dòng)力學(xué)研究中取得新進(jìn)展,。該團(tuán)隊(duì)通過超快時(shí)間分辨光譜學(xué)技術(shù),,首次直接觀測到二維鈣鈦礦中快速的動(dòng)態(tài)激子解離過程,,并由此提出論證了由極化子屏蔽效應(yīng)誘導(dǎo)的激子解離新機(jī)制,。


作為一類天然的量子阱材料和優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體介質(zhì),,二維鈣鈦礦穩(wěn)態(tài)激子結(jié)合能相比傳統(tǒng)的三維鈣鈦礦大幅提高,達(dá)到數(shù)百毫電子伏特,,使激子難以在室溫下解離,。


此前的傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,,二維鈣鈦礦中光生載流子主要以激子的形式存在,在室溫下難以解離形成自由載流子,,從而推測二維鈣鈦礦不適用于太陽能電池等光伏器件。然而,,近期的一些研究卻發(fā)現(xiàn)與之相背離的結(jié)果。研究團(tuán)隊(duì)推測,,此前的研究可能因?yàn)楹雎粤斯馍姾膳c晶格之間的相互作用,,從而使人們高估了二維鈣鈦礦的激子結(jié)合能。


為了驗(yàn)證推測,,該團(tuán)隊(duì)通過飛秒超快光譜學(xué)技術(shù)等,,首次在室溫下直接觀測到二維鈣鈦礦中快速的動(dòng)態(tài)激子解離過程,證明二維鈣鈦礦中載流子在平衡狀態(tài)下主要以自由載流子的形式存在,。這與此前報(bào)道的通過穩(wěn)態(tài)吸收光譜等技術(shù)得出的較高激子結(jié)合能存在較大差異。


為了解釋這一反常的物理現(xiàn)象,,該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過低溫光譜學(xué)等,,提出由激子—極化子形成而誘導(dǎo)的激子解離機(jī)理,即激子通過與聲子之間強(qiáng)耦合作用形成激子—極化子,,由于極化子的屏蔽作用大幅削弱電子—空穴間的庫倫作用力,,使激發(fā)態(tài)激子結(jié)合能顯著降低,從而促進(jìn)激子的快速解離,。此外,,還證明了激子解離以及后續(xù)的自由載流子非輻射復(fù)合過程是限制二維鈣鈦礦熒光量子效率的主要因素。


該發(fā)現(xiàn)揭示了二維鈣鈦礦材料中可能普遍存在的極化激子解離特性,,為二維鈣鈦礦材料在光伏和光電探測等器件中的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo),。


(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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