北部非洲专题
[发布时间：2021-09-28 浏览次数：2000]
即使在钙钛矿的晶体结构中存在缺陷，为什么这种材料仍然可以作为半导体使用，这一直是一个谜。最近，加拿大麦吉尔大学的研究人员朝解开这一谜题迈出了重要一步。
麦吉尔大学的发现被认为对研制高效率、低成本太阳能电池以及其他光学和电子器件非常重要，因为钙钛矿不像其他半导体一样受到某些局限，其他半导体要求采用严格的、价格高昂的制造技术生产出尽可能无缺陷的晶体。
主持这项研究的Patanjali Kambhampati在一项媒体陈述中表示，“历史上，人们一直使用晶体完美的块状半导体。现在，从光伏系统到发光二极管，钙钛矿这种不完美的软质晶体突然开始在半导体产品中得到使用。我们的研究首先要回答的问题是：为什么某些有缺陷的物质可以通过完美的方式应用？”
在发表于《Physical Review Research》期刊的一篇论文中，Kambhampati和他的团队解释道，在块状钙钛矿晶体内，发生一种被称为量子限制效应的现象。在以前，仅在几纳米尺度的颗粒中观察到量子限制效应，一个被广泛宣传的例子是平板电视画框的量子点。
当颗粒如此小时，其物理尺寸以特定的方式约束电子的运动，使这些纳米粒子的性质与物理尺寸更大的同一材料的性质截然不同。可以调节这些性质，使其产生有用的效应，例如发出精确颜色的光。
通过使用一种被称之为状态分辨泵浦/探测光谱分析法的技术，研究人员已经证明，在块状铯铅溴钙钛矿晶体内，发生了一种类似的量子限制效应。换言之，他们的实验发现，在比量子点大得多的块状钙钛矿内，发生了与量子点类似的行为。
虽然钙钛矿看起来是固体，但是其某些特性更常见于液体，由于游离电子的存在，钙钛矿的原子晶格在响应电子的运动时能扭曲变形。
Kambhampati将其与蹦床作了类比，将一块岩石抛掷到蹦床的中心时，该蹦床吸收岩石产生的冲击。正如该蹦床最终将使该岩石处于静止状态，钙钛矿晶格的扭曲变形被称为极化子生成现象。该现象被理解为对电子产生稳定效应。
然而，泵浦/探测光谱分析数据表明，极化子生成导致的后果是没有使电子最终稳定下来，而是增加了其总体能量。
Kambhampati表示，“能量增加的事实表明，存在一种新的量子力学效应，即类似于量子点的量子限制效应。从电子的尺度来看，蹦床中的岩石是一个激子，激子是电子与处于激发状态时离开留下的空穴形成的电子-空穴束缚对。极化子的作用是将一切限制在一个空间上确定的区域。我们的研究团队能够证明的一个现象是，极化子与激子混合，形成了类似于量子点的粒子。在某种意义上，这类似于一个液态量子点，我们将其称为量子滴。我们希望通过研究这些量子滴的行为特性，将让我们更好地掌握如何设计能容忍缺陷的光电材料。”
（中国地质调查局地学文献中心，国际矿业研究中心矿业科技组编译，张炜审校，陈秀法审核。信息来源：https://www.mining.com/how-perovskites-can-help-develop-high-efficiency-low-cost-solar-cells/）
标签：钙钛矿加拿大麦吉尔大学半导体块状半导体光伏系统发光二极管软质晶体《PhysicalReviewResearch》期刊块状钙钛矿晶体量子限制效应状态分辨泵浦探测光谱分析法块状铯铅溴钙钛矿晶体极化子生成现象光电材料
