Photoluminenszenzzerfälle in Perowskiten folgen dem Potenzgesetz
Bleihalogenid-Perowskite zeigen bei langen Verzögerungszeiten nach einem Laserpuls eher einen Potenzgesetz-Zerfall als einen exponentiellen Zerfall. Folglich ist zur Quantifizierung der Rekombination die Bestimmung einer konstanten Lebensdauer nicht mehr praktikabel; stattdessen kann ein bimolekularer Rekombinationskoeffizient bestimmt werden, der mit der Quantenausbeute der Photolumineszenz korreliert.
Die Spektroskopie der transienten Photolumineszenz (tr-PL) ist die am häufigsten verwendete Technik zur Charakterisierung der Rekombination in Halogenid-Perowskitfilmen, Schichtstapeln und Solarzellen. Hierbei wird die Probe durch einen sehr kurzen Laserpuls angeregt und die daraus entstehende zerfallende Photolumineszenz aufgezeichnet.
Bisher wurde der gemessene tr-PL-Zerfall häufig mit Hilfe einer exponentiellen oder mehrexponentiellen Kurvenanpassung analysiert, und die Lebensdauer der Ladungsträger wurde als Parameter extrahiert. tr-PL zerfällt jedoch nur in dem Spezialfall exponentiell, wenn der Zerfall durch Rekombination über einen Defekt in der Mitte der Bandlücke dominiert wird. Wenn strahlende Rekombination, flache Defekte nahe der Bandkanten oder Diffusionseffekte eine Rolle spielen, zerfällt die Lumineszenz nicht exponentiell, sondern der Zerfall ähnelt oft einem Potenzgesetz zwischen der Photolumineszenzintensität und der Zeit.
Wir haben für eine Vielzahl von Bleihalogenid-Perowskit-Zusammensetzungen einen Potenzgesetz-Zerfall beobachtet, der sowohl bei einer ausreichend hohen Laserfluenz als auch über einen ausreichenden dynamischen Bereich gemessen wurde, was darauf schließen lässt, dass sich die extrahierte Zerfallszeit in Abhängigkeit von der Ladungsträgerkonzentration und der Verzögerungszeit nach dem Laserpuls ändert. Daher sind die aus tr-PL-Zerfällen ermittelten einzelnen Lebenszeitwerte selten geeignet, um eine quantitative Messung der Rekombination zu liefern.
Stattdessen schlagen wir vor, dass die Verwendung von effektiven bimolekularen Rekombinationskoeffizienten eine praktikable Lösung zur Vereinfachung der Datenanalyse darstellt und einen quantitativen Vergleich ermöglicht. Wir konnten nachweisen, dass die Quantenausbeute der Photolumineszenz eine klare umgekehrte Beziehung zu den bimolekularen Rekombinationskoeffizienten aufweist, was darauf hindeutet, dass der bimolekulare Rekombinationskoeffizient eine gute Kenngröße für die Ladungsträgerrekombination in Bleihalogenid-Perowskiten ist.
Weitere Informationen finden Sie hier:
https://doi.org/10.1002/aenm.202403279