自陷激子(STE)是由于自由激子和声子之间的强相互作用而被晶格的局部变形捕获的激发态电子-空穴对。STE对光电器件的性能有着重要的影响,一方面它引入的斯托克斯频移和宽带发射效应可用于白光发光器件的开发,另一方面STE也会显著影响太阳能电池的光伏性能。最近在几种金属卤化物钙钛矿,尤其是在低维钙钛矿中观察到了自陷激子,引起了人们极大的研究兴趣。本合集收录了三篇FOE期刊发表的与自陷激子有关的综述文章,涉及低维材料的光电特性和器件应用、自陷态激子的发光特性、形成机理、表征方法等。希望这些文章能给相关领域的研究人员带来一些灵感和启发。
Self-trapped exciton emission in inorganic copper(I) metal halides
Boyu ZHANG, Xian WU, Shuxing ZHOU, Guijie LIANG, Qingsong HU
Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(4): 459-472
https://doi.org/10.1007/s12200-021-1133-4
摘要:自陷激子(STE)辐射复合的宽带发射特性和高光致发光量子产率使其成为单衬底固态白光源的理想解决方案。与半导体中的杂质态和缺陷态不同,低维材料中STE态的形成需要晶格畸变以及强的电子-声子耦合。研究人员已经发现具有低维度的无机铜(I)金属卤化物的光致发光是STE的结果。这些材料因其无铅、全无机结构和高发光效率而备受关注。本文总结了具有STE态的零维和一维无机铜(I)金属卤化物的发光特性,为发现未来研究的机遇提供了一个全局性的视角。
Self-trapped excitons in two-dimensional perovskites
Junze LI, Haizhen WANG, Dehui LI
Frontiers of Optoelectronics, 2020, 13(3): 225-234
https://doi.org/10.1007/s12200-020-1051-x
摘要:在强电子-声子耦合的情况下,材料中通常会形成自陷激子,从而导致局部晶格畸变和局部激子。自陷在很大程度上取决于材料的维度。在三维情况下,存在自陷的势垒,而准一维系统不存在这样的势垒。二维(2D)系统是一种临界情况,具有较低势垒或不存在势垒,导致更容易形成自陷态。自陷激子发射表现出宽带发射的特性,在带隙以下且具有大的斯托克斯频移。2D钙钛矿是一类具有独特光学性质的层状结构材料,在光电子领域具有潜在的应用前景。特别是2D钙钛矿中存在自陷激子,并且由于具有可变的特性和强的电子-声子相互作用,可以显著影响2D钙钛矿的光学和电学性质。本文总结了2D钙钛矿中自陷激子的发光特性、起源和表征,并介绍了它们在光电子学中的应用。
Dimensionality engineering of metal halide perovskites
Rashad F. KAHWAGI, Sean T. THORNTON, Ben SMITH, Ghada I. KOLEILAT
Frontiers of Optoelectronics, 2020, 13(3): 196-224
https://doi.org/10.1007/s12200-020-1039-6
摘要:金属卤化物钙钛矿具有优异的光电性能,是一类理想的光电探测器和太阳能电池材料。低成本和可低温合成的优点使得它们对旨在革新半导体产业的研究具有很大的吸引力。金属卤化物钙钛矿具有丰富化学性质,因此允许对其进行成分工程,从而很容易调节其光电特性满足不同的应用需求。此外,采用不同的实验合成和沉积技术,如溶液合成、化学气相沉积和热注入方法,钙钛矿的维度可以从3D变为0D,且每种结构都因其独特的性质而打开了一个新的应用领域。维度工程包括形态工程(将3D钙钛矿的厚度降低为原子层厚度)和分子工程(将长链有机阳离子掺入钙钛矿混合物并在分子水平上改变其组成)。钙钛矿结构的光电子性质,包括带隙、结合能和载流子迁移率,取决于其组成和维度。本文回顾了大量采用不同组成和维度的钙钛矿制成的光电探测器和太阳能电池,并讨论了不同维度的动力学、其固有的稳定性和毒性问题,以及如何在较低维度中达到与3D相似的性能、如何大规模部署低维钙钛矿材料。