Photoinduzierter Transport und Dynamik großer Polaronen in organisch-anorganischem Hybrid-Bleihalogenid-Perowskit

Organisch-anorganische Hybrid-Metallhalogenid-Perowskite (MHPs) haben enorme Aufmerksamkeit für optoelektronische Anwendungen auf sich gezogen. Beispielsweise wurden kürzlich unter Verwendung von MHPs kostengünstige Solarzellen, Festkörperbeleuchtung, Memristoren und ultraschnelle Spin-Schalter in der Spintronik entwickelt. Trotz des vielversprechenden Materials bleiben viele Fragen bezüglich der Natur und Mobilität von Ladungsträgern in MHPs, die weiterer Aufklärung bedürfen.

Forscher der University of Shanghai for Science and Technology berichten nun in Zusammenarbeit mit dem Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, der Shanghai University, dem Shanghai Institute of Technical Physics, der Shanghai Jiao Tong University und der Lomonosov Moscow State University über photoinduzierten Transport und Dynamik großer Polaronen in organisch-anorganischem Hybrid-Bleihalogenid-Perowskit mit Terahertz-Sonden.

Die Forscher identifizieren experimentell die Phototräger-optische Phononenkopplung in polykristallinen CH3NH3PbI3 (MAPbI3)-Körnern, indem sie Spektroskopie mit optischer Pumpe und elektromagnetischer Terahertz-Sonde verwenden. Der photoinduzierte Ladungsträger bildet zusammen mit der umgebenden Gitterverzerrung über mehrere Gitterkonstanten ein Quasiteilchen – ein Polaron. Unter Verwendung des Drude-Smith-Lorentz-Modells zusammen mit der Elektron-Phonon-Kopplung vom Typ Fröhlich bestimmen die Forscher die effektive Masse und die Streuparameter von photogenerierten polaronischen Ladungsträgern. Gemäß der Erhöhung der Polaronmasse, der polykristallinen Natur des Materials und dem Vorhandensein von Defekten wird die große Polaronmobilität in der Größenordnung von ~80 cm2V−1s−1 berechnet.

Darüber hinaus zeigen die Forscher, dass die Bildung großer Polaronen in MAPbI3 die Ladungsträger vor Streuung an polykristallinen Korngrenzen oder Defekten schützt und die lange Lebensdauer der Photoleitfähigkeit erklärt. Die Ergebnisse liefern Einblicke in die polaronische Natur von Ladungsträgern in MAPbI3-Materialien, was sowohl für die Grundlagenforschung als auch für Geräteanwendungen relevant ist. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Licht: Wissenschaft & Anwendungen.