WS_2与WSe_2单层膜中的A激子及其自旋动力学特性研究

单层过渡金属硫化物由于其特有的激子效应以及强自旋-谷耦合性质,在光电子学及谷电子学等方面有着很广阔的应用前景.利用超快时间分辨光谱,本文系统地比较了两类钨基单层硫化物(WS_2和WSe_2)的A-激子动力学和谷自旋弛豫特性.实验结果表明, WS_2单层膜的A-激子弛豫表现为双指数过程,而对于WSe_2,其A-激子衰减表现为三指数过程,且激子的寿命远长于前者. WS_2谷自旋极化弛豫表现为单指数衰减,其寿命约0.35 ps,主要由电子-空穴交换作用所主导.而对于WSe_2,谷自旋弛豫表现出双指数弛豫特性:一个寿命为0.5 ps的快过程和一个寿命为28 ps的慢过程.快过程的弛豫来源于电子-空穴交换作用,而慢过程则由于自旋晶格散射形成暗激子的过程.通过调谐抽运光波长,进一步证实WSe_2较WS_2更容易形成暗激子.     

Ultrafast Terahertz Probes of Charge Transfer and Recombination Pathway of CH_3NH_3PbI_3 Perovskites

We use transient terahertz photoconductivity measurements to demonstrate that upon optical excitation of CH_3NH_3PbI_3 perovskite, the hole transfer from CH_3NH_3PbI_3 into the organic hole-transporting material(HTM)Spiro-OMe TAD occurs on a sub-picosecond timescale. Second-order recombination is the dominant decay pathway at higher photo-excitation fluences as observed in neat CH_3NH_3PbI_3 films. In contrast, under similar experimental conditions, second-order recombination weakly contributes the relatively slow recombination between the electrons in the perovskite and the injected holes in HTM, as a loss mechanism at the CH_3NH_3PbI_3/Spiro-OMe TAD interface. Our results offer insights into the intrinsic photophysics of CH_3NH_3PbI_3-based perovskites with direct implications for photovoltaic devices and optoelectronic applications.     

有机金属卤化物钙钛矿薄膜中的光诱导载流子动力学和动态带重整效应

近年来有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池因具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点,引起了学术界和产业界的广泛关注,其优异的光电特性逐渐在能源领域展现出独特的优越特性.在短短几年内,有机-无机混合物钙钛矿太阳能电池的能量转换效率已经高达23%,发展速度逐步赶上甚至超越了成熟的硅太阳能电池.本文利用飞秒瞬态吸收光谱,对二步法制备的(5-AVA)_(0.05)(MA)_(0.95)PbI_3和(5-AVA)_(0.05)(MA)_(0.95)PbI_3/Spiro-OMeTAD有机-无机卤化物钙钛矿薄膜材料的激发态动力学进行了对比研究,详细讨论了两种薄膜样品中的电荷载流子产生与复合机制.通过紫外-可见吸收光谱测得钙钛矿薄膜(5-AVA)_(0.05)(MA)_(0.95)PbI_3和(5-AVA)_(0.05)(MA)_(0.95)PbI_3/Spiro-OMeTAD的吸收光谱与CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜材料的双价带结构相对应.从瞬态吸收光谱中,观察到760 nm附近的光致漂白信号,此时的载流子复合过程符合二阶动力学过程,而在约550—700 nm光谱范围内则是光诱导激发态吸收信号.实验结果表明,(5-AVA)_(0.05)(MA)_(0.95)PbI_3钙钛矿薄膜样品中光生载流子主要的弛豫途径是自由电子和空穴的复合.抽运光激发样品使价带中的电子跃迁到导带,随着延迟时间的增加,电子和空穴复合,光谱发生红移现象.所观察到的带重整效应可以根据Moss-Burstein效应解释.相比较而言,(5-AVA)_(0.05)(MA)_(0.95)PbI_3/Spiro-OMeTAD钙钛矿薄膜样品在光激发后电子和空穴分离,空穴迅速转移到空穴传输层,这将导致样品吸收度增加,漂白信号快速恢复,电子-空穴的复合不再对漂白信号的弛豫动力学起主导作用,同时也削弱了带重整现象.本文的实验结果对半导体有机-无机金属卤化物钙钛矿薄膜在光伏领域的应用具有重要意义,为今后高效、稳定的钙钛矿太阳电池的研究提供了参考.