湿度にさらされた状態でのCH3NH3PbI3ペロブスカイトマイクロワイヤーのフォトルミネッセンス、ラマン、および構造の進化

背景

ハイブリッドハロゲン化物ペロブスカイトCH ₃ NH ₃ PbX ₃ （X =I ⁻ 、Br ⁻ 、およびCl ⁻ ）半導体は、高度な装置や真空装置を必要とせずに、低温溶液プロセスによる簡単で低コストの製造により、過去数年間で大きな推進力を持って登場しました。さらに、それらの卓越した光学的および電子的特性により、これらの材料はオプトエレクトロニクス用途に適しています[1,2,3]。ヨウ化メチルアンモニウム鉛（CH ₃ NH ₃ PbI ₃ 、MAPbI ₃ ）は、ハイブリッドハロゲン化物ペロブスカイトファミリーで最も研究されている材料であり、これまでの調査の大部分は、光収穫複合体としての太陽電池に適用するための薄膜に焦点を当てていました[4、5、6、7]。太陽電池用の薄膜に加えて、低次元の孤立したMAPbI ₃ マイクロワイヤー（MW）[8]、ナノワイヤー[9]、マイクロロッド[10]、マイクロディスク[11]、ナノプレートレット[12]などの規則的な形態の結晶も、溶液処理によって合成されますが、結晶化経路が異なります。マイクロ/ナノスケールのオプトエレクトロニクスおよびフォトニックデバイス。特に、ワ​​イヤ構造には、表面積対体積比が大きく、粒界が少なく、欠陥/トラップ密度が低く[13]、レイジング作用[14]があり、電荷分離と導電率が優れているなど、薄膜と比較していくつかの利点があります[ 15]。近年、MAPbI ₃ の適用 オプトエレクトロニクスデバイスのマイクロワイヤとナノワイヤは、さまざまな準備方法の実装により特に増加しています[8、9、10]。たとえば、可視光に対する高感度、高フォトルミネッセンス（PL）量子効率、長い光キャリア拡散長、および光利得のために、ペロブスカイトワイヤが光検出器の製造に使用されてきました[8、13、16、17]、レーザー[14、18]、および光導波路[19]。さらに、太陽電池に適用された一次元ナノワイヤは、バルクMAPbI ₃ よりも速いキャリア分離と高い横方向導電率を示しました。 フォーム[15]。

それにもかかわらず、寿命の耐久性とデバイスの性能に大きく関係する材料の安定性は、有機-無機ペロブスカイト半導体の主要な問題の1つです。湿気のある周囲空気による劣化が重要な問題です。水蒸気の存在下で、MAPbI ₃ 中間の一水和物相および/または二水和物相を形成し、次に前駆体材料に分解してヨウ化鉛（PbI ₂ ）固体および水溶液のヨウ化メチルアンモニウム（CH ₃ NH ₃ I、MAI）、そして最終的に、MAIはさらに揮発性メチルアミン（CH ₃ NH ₂ ）、ヨウ化水素（HI）、およびヨウ化物（I ₂ ）[20,21,22,23,24,25,26]。

ハイブリッドペロブスカイトの分解プロセスはよく知られており、フォトニックデバイスでのペロブスカイトMWの使用が最近増加しているため、私たちの知る限り、MAPbIの光学特性と構造における湿った周囲空気の影響に関する研究はありません。 ₃ MW。湿度の高い環境下でのこの材料の応答は、ペロブスカイトマイクロワイヤベースのオプトエレクトロニクスデバイスの性能に影響を与える可能性があります。したがって、ここでは、MAPbI ₃ を調査しました。 PL、ラマン分光法、およびX線回折（XRD）を使用して、暗所で湿気にさらされたときのMW。 MAPbI ₃ の自然放出、振動、および構造特性の進化 MWは数週間観察されました。私たちの研究は、一般的なハイブリッドペロブスカイト分解に加えて、湿度がMWの光電子放出の増強と赤方偏移を誘発し、ラマンバンドとXRDピーク位置にわずかな変動があることを示しています。これらの変化を、水分によって誘発されたバンドギャップ内の欠陥を介したトラップ支援放射再結合、およびH ₂ の浸透による結晶構造の変化に関連付けます。 材料にO分子。

実験的

CH ₃ の合成 NH ₃ PbI ₃ マイクロワイヤー

MAIは、40 mlのヨウ化水素酸（HI）（55〜58 wt％の水中、アラジン）を30 mlのメチルアミン（CH ₃ NH ₂ 、30〜33 wt％のメタノール、アラジン）を氷浴中の丸底フラスコに入れ、その後2時間マグネチックスターラーで攪拌します。次に、溶液をホットプレート上で90°Cで3時間加熱して溶媒を蒸発させ、淡褐色の粉末を得ました。次に、淡褐色の粉末をエタノールで3回洗浄および濾過し、60℃のオーブンで一晩乾燥させて、白色のMAI粉末を得た。 MAPbI ₃ MWは、ワンステップソリューション自己組織化法[11]によって準備されました。

PLおよびラマン測定のサンプル準備

MAPbI ₃ 前駆体溶液は、50.7mgのMAIと50.9mgのPbI ₂ を混合することによって合成されました。 （99.9％、アラジン）5mlの N 、 N -ジメチルホルムアミド（DMF）（99.9％、J＆K Scientific Ltd。）、60°Cで20分間、超音波処理して10分間、黄色がかった溶液を得る。次に、マイクロワイヤーの結晶化のために、20μlの前駆体溶液を2.5×2.5cm ² に堆積させました。 ビーカーのステージに置かれたスライドガラス。ビーカーはジクロロメタン（DCM、CH ₂ Cl ₂ 、99.5％;ステージの下にあるFuyuFine Chemical）をフィルム（パラフィルムM）で覆った後、65°Cのオーブンに3時間入れました。

XRD測定のサンプル準備

XRD測定のサンプル準備は、24.7mgのMAIと72.3mgのPbI ₂ を除いて、上記と同じ手順で行われました。 3 mlのDMFに混合し、この溶液の50μlをマイクロワイヤーの結晶化ステップに使用しました。

湿気のある空気への暴露

準備されたままのMAPbI ₃ MWサンプルは、校正済み湿度計を備えた密閉容器に入れられ、室温〜20°Cの暗所でキャビネット内に保管されました。最初の4週間の湿度は、自然の気象条件によって与えられ、最初の3週間は45±5％相対湿度（RH）、4週間目は55±5％RHでした。 5週目から、塩分飽和溶液で湿った空気を導入しました。このために、天然塩と脱イオン水を入れた小さなオープンホルダーをサンプルの横の密閉容器に入れ、80±2％RHの安定した雰囲気を提供しました。サンプルは、必要な場合にのみ、PL、ラマン、およびXRDの特性評価のためにキャビネットから取り出されました。

フォトルミネッセンスとラマン分光法

MWのPLおよびラマン測定は、レニショーInVia分光計を使用して実行されました。 PLスペクトルは、633 nmの励起光と〜5μWのレーザー出力で取得されました。ラマンスペクトルは、532nmの励起波長と16μWのレーザー出力で取得されました。どちらの手法でも、取得時間は10秒で、後方散乱構成で光の焦点を合わせて収集するために、×50の対物レンズ（開口数（NA）=0.75）が使用されました。すべてのスペクトルは、周囲条件（〜20°C、〜30％RH）で収集されました。

X線回折

XRDパターンは、Cu-Kα（λを備えたPANalyticalX’PertPro多目的回折計を使用して取得しました。 =1.5418Å）放射線源、40kVおよび40mAで動作し、0.026°のステップサイズと5°〜70°の角度範囲で0.2秒のステップあたりの時間を使用します。 XRDは周囲条件（〜20°C、〜30％RH）で実行されました。

走査型電子顕微鏡と光学顕微鏡の特性評価

SEM画像は、Hitachi SU8010冷電界放出電子顕微鏡で取得し、光学画像は、×20対物レンズ（NA =0.40）を介してOlympusBX51顕微鏡で取得しました。

結果と考察

MAPbI ₃ マイクロワイヤー

MAPbI ₃ MWは、貧溶媒（DCM）蒸気がMAPbI ₃ に拡散するワンステップ溶液自己組織化法[11]によって調製されました。 ソリューション（MAIおよびPbI ₂ DMF溶媒中）、MWの結晶化と成長を支援します。調製したままのMAPbI ₃ の形態 MWは光学顕微鏡とSEMによって特徴づけられました。図1に示すように、結晶化により、長さが数ミリメートルからセンチメートルの範囲で、幅が2〜5μmの、長く、まっすぐで、ほとんどが織り交ぜられたMWが生成されました。さらに、MWはスライドガラス基板のほぼ全体に分散していました。調製したままのMAPbI ₃ のXRDパターン MWとその前駆体材料および参照パターンとの比較は、追加ファイル1：図S1に示されています。追加ファイル1：図S1に示すように、2 θで観察される強い回折ピーク 14.11°、28.45°、31.90°、および40.48°の値は、正方晶ペロブスカイト構造の（110）、（220）、（310）、および（224）結晶面に割り当てることができます[2、27]。計算された格子定数 a = b =8.8703Åおよび c =12.6646ÅはMAPbI ₃ の正方晶構造も示します MW（計算データについては追加ファイル1：表S1を参照）。これは以前の研究[1、2]とよく一致しています。このようなペロブスカイト構造では、MA ⁺ 結晶の中心にあり、[PbI ₆ ] ⁻ 正方晶構造の各コーナーにある八面体[2]。

a 光学顕微鏡と b MAPbI ₃ のSEM画像 スライドガラス上のマイクロワイヤー。スケールバーは10μmを表します

MAPbI ₃ のフォトルミネッセンスの進化 湿度の高いマイクロワイヤー

湿度がMAPbI ₃ に与える影響を評価するには MWの自然放出、PL分光法は11週間にわたって実施されました。 MWの不均一性のため（追加ファイル1：図S2を参照）、毎週ランダムに選択された10個の異なるMW（先週は9個のMW）を測定し、のさまざまな段階での自然放出の応答に関する一般的なビューを取得しました。湿気への暴露。最初の4週間では、サンプル保管場所のRHは地域の気象条件と同じで、最初の3週間で45±5％、4週目で55±5％に上昇しました。次に、5週目から11週目まで、80±2％のRHを塩飽和溶液で制御しました（「実験」のセクションで説明）。 PL測定は赤色レーザー（λ =633 nm）および低励起パワー（〜5μW）で、高いレーザー強度によるMWの局所的な加熱と損傷を回避します。多結晶MAPbI ₃ では、高いレーザー強度による劣化が観察されています。 フィルム[28、29]、これは主にMAPbI ₃ の熱伝導率が低いためです。 [30]。さらに、短い取得時間（10秒）を使用して、レーザー光へのサンプルの露出を減らし、熱分解を回避し、光生成された自由電荷キャリアとO _{2 <からのトラップ充填による光の浸漬（欠陥の硬化効果）を最小限に抑えました。 / sub> 、これは非放射再結合チャネルを減らし、PL強度を増加させる可能性があります[10]。この材料の治癒現象は、湿度が材料に引き起こす可能性のある表面およびバルクの欠陥を隠す可能性があります。}

ペロブスカイトMWのPL発光の変化を図2に示します。すべてのPLスペクトルは、湿度曝露のさまざまな段階に沿って単一の発光ピークを示します。調製したままのMW（図2a）の場合、PLピークは759 nmを中心としており、MAPbI ₃ とよく一致しています。 多結晶薄膜[31、32]、マイクロワイヤー[8]、ナノワイヤー[9]、および溶液プロセスによって製造されたその他の不規則な形態[9]。 45％RHでの最初の週（図2b）の後、PLピークは〜763 nmにシフトし、55％RHでの4週目（図2c）で、ピークは〜777nmにシフトしました。 MWが80％RHであった5週目（図2d–g）から、PLピークは約780nmの値に安定しました。これらの結果は、MWの自然放出が湿度にさらされるとより長い波長にシフトし、全体のPLピークが約21nm赤方偏移したことを示しています。準備されたままのMWの〜759 nmでのPLピークは、光エネルギーバンドギャップ（ E ）に対応します。 _g ）値は1.63 eVですが、11週間の湿気曝露後、〜780nmのピークは E に対応します。 _g 1.59eVの値。劣化の可能性のある製品PbI ₂ 、一水和物相、および二水和物相は E を示します _g それぞれ2.5、3.10、および3.87 eVの値[21、33、34]。したがって、水分曝露後の発光ピークのシフトは、これらの副産物によるものではなく、MAPbI ₃ に起因するはずです。 MW。

MAPbI ₃ のフォトルミネッセンススペクトル 湿度暴露のさまざまな段階でのMW。 a 準備されたままのサンプル、 b の後 45％RHでの最初の週、 c 55％RHで4週目、 d 5日、 e 7日、 f 9日、および g 80％RHで11週目。励起波長633nm、レーザー出力〜5μW、取得時間10秒、サンプル上のレーザースポット径〜1μmの周囲条件で取得されたすべてのスペクトル

図2に示すように、MWは湿度の各段階で高いPL強度と低いPL強度の両方を示しますが、全体的な強度は4週目から9週目に増加し、11週目に減少しましたが、それでも最初の週よりも高くなっています。これは、放射および非放射再結合率が変化し、湿度への暴露が非放射再結合チャネルの減少をもたらしたことを示しています。 MAPbI ₃ に関する以前の研究では 薄膜の場合、PLの向上は、直接水蒸気流に数秒間[35]、または35％RHで4時間、65％RHで30分間[36]のサンプル曝露など、製造後の処理を使用して報告されています。 H ₂ によるバルクお​​よび表面欠陥の不動態化に起因 O分子。ただし、PLピークの赤方偏移は観察されませんでした。これは、フィルムがMWサンプルよりも低いRHと短い時間にさらされたか、薄膜とMWの湿度の影響が異なるためと考えられます。それに加えて、化学的および構造的欠陥は、光励起された電荷キャリアのトラップ支援再結合中心として機能する可能性があります[35、37]。これらのトラップ状態（つまり、空孔、格子間原子）は、バンドギャップ内のエネルギーレベルであり、深く浅いトラップになる可能性があります[38]。バンドエッジから離れたエネルギーレベルである深いトラップ状態は、非放射再結合経路の原因です[38]。価電子帯（VB）と伝導帯（CB）に近いエネルギー準位である浅いトラップ状態は、放射再結合チャネルとして機能し、CBからVBへの遷移に関連するものよりも少ないエネルギーで光子を放出します。 PL放出[39、40]。さらに、MAPbI ₃ の表面には浅いトラップのみが形成されることが提案されています。 H ₂ と反応するときの薄膜 O分子[22]。これらの理由から、私たちの実験では、トラップ支援の非放射再結合中心（深層欠陥）が湿度によって不動態化され、したがって全体的なMWPL強度が向上したことをお勧めします。それにもかかわらず、湿度はトラップ支援放射再結合中心（浅いレベルの欠陥）を不動態化せず、それらを増加させ、その結果、MWPLは湿気にさらされると赤方偏移しました。湿度によって生じる結晶構造のこれらの欠陥は、原子の位置を変える可能性があるため、ラマン分光法で観察できるMWの振動特性を変更する可能性があります。

MAPbIのラマン進化 ₃ 湿度の高いマイクロワイヤー

MAPbI ₃ の振動特性における湿度の影響を研究する MW、ラマン分光法は、さまざまなRHレベルで11週間にわたって実行されました。ラマンスペクトルは、熱分解を避けるために532 nmで16μWの低レーザー出力で収集されました（追加ファイル1：図S3、より高いレーザー出力のラマンスペクトルを参照）。ペロブスカイトMWの分解中のラマンの変化を図3に示します。さまざまなMWの振動応答と、準備したままのサンプルの同じMWに沿ったさまざまな場所での振動応答が類似しているためです（追加ファイル1：図S4を参照）。 ）、劣化の各段階での1本のマイクロワイヤのラマンプロファイルのみが示されています。調製したままのMWのラマンスペクトル（図3a）は、111 cm ^-1 に強いピークを示しています。 肩は〜75 cm ^-1 。以前のラマン研究では、MAPbI ₃ 薄膜には、50cmと110cmの2つのバンドがありました ^-1 [28]。 MWと薄膜の間のこれらのスペクトル変動は、2つの異なる形態における異なる内部応力レベルに起因する可能性があります。 45％RHでの最初の1週間後（図3b）、ラマンスペクトルは、準備されたままのサンプルと同じ2つの振動バンドを示していますが、最初のバンドは111 cm ^-1 です。 解像度が低く、110 cm ^-1 にシフト 。 45％RHで3週間曝露を延長した後（図3c）、肩は〜75 cm ^-1 も観察され、111 cm ^-1 の元のバンド 108 cm ^-1 にシフト 。次に、7、9、11週目に湿度を80％に上げると（図3d–f）、ラマンスペクトルは95 cm ^-1 に新しいバンドを示しました。 、111 cm ^-1 の元のバンド 〜75 cm ^-1 でその位置と肩の周りをわずかにシフトしました 11週目にはより解決されました。

MAPbI ₃ のラマンスペクトルの進化 湿度暴露後のMW。 a 準備されたままのサンプル、 b の後 1週間と c 45％RHで3週間、 d 後 7日、 e 9日、および f 80％RHで11週目。励起波長532nm、入射パワー16 µW、取得時間10 s、サンプルのレーザースポット径〜1 µmの周囲空気で測定されたスペクトル

80％RHへの曝露後のMWのラマンプロファイル（図3d–f）は、PbI ₂ のラマンプロファイルに匹敵します。 血小板[33]、MAPbI ₃ の分解を示します 前駆体材料PbI ₂ へのMW 個体。ただし、「MAPbI ₃ のフォトルミネッセンス進化」で見たように 「湿度下のマイクロワイヤ」セクションでは、劣化後のMWの光電子放出はMAPbI ₃ に属します。 PbI ₂ ではありません 、これは、MAPbI ₃ の分解を示します PbI ₂ へのMW 部分的です。それに加えて、111 cm ^-1 のバンドで観察されたわずかな位置の変動 そして、95 cm ^-1 での新しいバンドの出現 湿気にさらされると、MWの構造が局所的に変化することを示します。 H ₂ O分子は、MA ⁺ を溶媒和する結晶格子に組み込むことができます。 さらに陽イオンを溶解し[21]、MA空孔欠陥の密度を増加させてVB付近のエネルギー準位を生成します[41]。これらの空孔は、結晶構造内の原子のわずかなシフトを引き起こす可能性もあります。これは、111 cm ^-1 でのラマンモードの位置変化に反映されます。 。図3に示すように、111 cm ^-1 のバンド 最初の3週間は低周波数にシフトしましたが、7週目から9週目までは高周波数にシフトし、11週目には再び低周波数にシフトしました。ラマンスペクトルでは、ピークをより低い振動周波数にシフトすることは、対応する化学結合長が増加することを意味し、より高い周波数にシフトすることは、結合長がより短くなることを意味します。 MAPbI ₃ に関する以前の密度汎関数理論研究 振動特性は、70〜120 cm ^-1 の範囲のラマンバンドに関連しています。 Pb–I結合振動を伴う[31、42]。したがって、111 cm ^-1 バンドシフトは、H ₂ によって加えられる応力によるものです。 材料のこの振動モードとMA空孔によって引き起こされる原子シフトに対応する原子結合上のO分子。ただし、微細構造の形態の不均一性とMWの欠陥のために、湿度はサンプルに沿ってさまざまな程度で浸透します（「MAPbI ₃ のフォトルミネッセンスの進化」で説明されています）。 本文の「湿度下のマイクロワイヤー」セクションおよび追加ファイル1：セクション2）。これは、111 cm ^-1 の位置の変動を意味します バンドはおそらくH ₂ の濃度が原因です O分子はサンプル全体で同じではないため、MW結合にさまざまな応力レベルが発生し、さまざまな分解状態でさまざまな密度のMA空孔が生成されます。したがって、MA ⁺ の溶解による空孔欠陥の増加に加えて、 、湿度は、H ₂ の相互作用によってMWの結晶構造を歪める可能性があります O分子とPb–I結合。さらに、ラマン結果は、湿度によって引き起こされる浅い欠陥を介した放射再結合によるMWのPL赤方偏移をサポートします（「MAPbI ₃ のフォトルミネッセンス進化」で以前に説明されています 湿度の高いマイクロワイヤー」セクション）。結晶格子の歪みは、次に調査するXRDで検出できます。

MAPbIのXRD進化 ₃ 湿度の高いマイクロワイヤー

MAPbI ₃ 中の結晶構造の変化を解明する MWの分解、XRDは、新たに準備されたサンプルで、暗所で80％RHに5日と14日さらされた後に実行されました。湿度暴露に沿ったXRDパターンの変化を図4に示します。準備されたままのMAPbI ₃ のXRDパターン MWは図4aに示され、主な回折ピークは正方晶相にインデックス付けされています（「MAPbI ₃ 」のセクションで説明されています）。 マイクロワイヤー」）。図4bに示すように、5日間の湿度暴露後、すべてのペロブスカイト回折ピーク（赤い破線）の強度が低下し、2 θにピークがありました。 19.98°と34.98°の値は完全に消えました。さらに、PbI ₂ に属する反射 （図4bのオレンジ色の四角）が強くなり、MAPbI ₃ の分解が確認されました。 PbI ₂ に ラマンスペクトルでも観察された結晶。さらに、MAPbI ₃ に割り当てることができない新しい反射（図4bの青い円）が発生しました 、MAI、またはPbI ₂ 、特に2 θの強いピーク 8.54°と10.54°の値。密度汎関数理論計算とXRD調査により、これらの低角度での反射が一水和物相MAPbI ₃ に関連付けられました。 ・h ₂ O [21、24、43]。さらに、MAPbI ₃ の多核磁気共鳴に関する最近の研究 80％RHの粉末は、一水和物相が形成された唯一の中間水和物生成物であり、二水和物化合物のシグナルが3週間の曝露を延長することさえなかったと判断しました[26]。したがって、新しいピークを一水和物化合物MAPbI ₃ に割り当てることができます。 ・h ₂ O.図4cに示すように、湿った空気での劣化を14日間に延長すると、ペロブスカイトのピークの強度がわずかに減少し、23.50°のピークが消え、PbI ₂ そして、ハイドレート相の反射はほとんど強度が増加しませんでした。さらに、結晶面（202）に対応する24.50°（図4a）での反射は、5日後と14日後にそれぞれ24.38°と24.28°にシフトしました（図4b、c）。より小さな回折角へのシフトは、格子面距離 d の増加を意味します ₂₀₂ 。一方、5日後の28.19°（004）と28.45°（220）（図4a）での反射（平面）は、それぞれ28.47°と28.60°（図4b）にシフトし、14日後はそれ以上シフトしませんでした。劣化（図4c）。この大きな角度へのシフトは、面間の間隔が小さいことを意味します d ₀₀₄ および d ₂₂₀ 。

MAPbI ₃ のX線回折パターンの進化 湿度暴露後のMW。 a 準備されたままのサンプル、 b 80％RHおよび c で5日後 80％RHで14日後。 3つのパターンに沿ってピークを結ぶ赤い破線は、正方晶相の主なペロブスカイト反射を表しています

湿度暴露時に観察されたXRDピーク位置のシフトは、MWの結晶構造の歪みを示しています。 MAPbI ₃ の電子帯域構成が知られています はPb原子とI原子によって与えられ、上部のVBは p によって形成されます。 Iの軌道、下部CBは p から導出されます 鉛の軌道[44]。さらに、ハイブリッドペロブスカイトのエネルギーギャップ調整可能性は、PbI ₆ を傾けることによる結晶構造の乱れにより、さまざまなサイズの有機カチオンで証明されています。 八面体[45、46]。さらに、MAPbI ₃ の水和において 、水分子と金属ハロゲン化物八面体の水素結合相互作用は、有機カチオンからの水素結合相互作用よりも強力です[22]。その上、H ₂ O分子（直径〜2.8Å）[47]は、MAPbI ₃ に浸透するのに十分小さい MWの結晶構造。したがって、湿度にさらされた後、水分子がMAPbI ₃ 内のMAカチオンに結合したことを示唆するのは合理的です。 MWs格子は、PbI ₆ に歪みを引き起こす可能性があります フレームワークは、Pb–I結合の特性を変更し、結晶格子間隔の変化を引き起こし、光学バンドギャップを変化させます。 XRDの結果をPLと結び付けると、H ₂ によって引き起こされるMWの結晶構造の歪みを確認できます。 O分子は E に影響を与えます _g 減少、自然放出の波長が赤方偏移した理由。したがって、湿度によって引き起こされる浅いトラップ状態を介した放射再結合に加えて、結晶格子変形は、湿度曝露後のMWsPL赤方偏移のもう1つの説明になります。バンドギャップの減少は、例えば太陽電池において、より高い光子吸収につながる可能性があります。ただし、湿度曝露後のバンドギャップの減少は、サブギャップ状態の増加（浅い欠陥）と結晶格子の歪みによるものであることを示したように、MAPbI ₃ の電荷キャリアダイナミクス MWベースのオプトエレクトロニクスデバイスは悪影響を受けます。これらの構造上の欠陥が存在すると、たとえば、電荷の輸送と収集が制限され、デバイスのパフォーマンス効率が低下する可能性があります。

結論

MAPbI ₃ の光学的および構造的特性に対する湿度の影響 MWは、フォトルミネッセンス（PL）分光法、ラマン分光法、およびX線回折（XRD）によって調査されました。一般的なペロブスカイトのPbI ₂ への分解に加えて そして一水和物相では、湿度がMWの自発的放射放出を強化および赤方偏移させることを示しました。ラマンバンドとXRD反射の変化に基づいて、MWの光電子放出の波長赤方偏移は、H ₂ の取り込みによって引き起こされた構造的無秩序に起因していました。 結晶格子内のO分子、および水分によって誘発された浅いトラップ状態を介した放射再結合による。 PLピークの強度の向上は、H ₂ による非放射電荷再結合サイト（深いトラップ状態）の不動態化に起因していました。 O分子。この研究は、湿度に起因する欠陥と結晶格子の変形を制御することにより、光学的および構造的特性を維持できることを示唆しています。これにより、材料の安定性が向上し、MAPbI ₃ の性能効率が向上します。 MWベースのオプトエレクトロニクスデバイス。同時に、我々の結果は、MWs結晶の欠陥密度と構造変形を制御することによって光電子放出を調整できることを示唆しています。

略語

CB：

伝導帯

DCM：

ジクロロメタン

DMF：

N 、 N -ジメチルホルムアミド

MW：

マイクロワイヤー

PL：

フォトルミネッセンス

VB：

価電子帯

XRD：

X線回折