卤化物钙钛矿离子传导的可调光电效应及其对光分解的影响

引言

对离子和质量传输的光效虽然非常吸引人，但很多方面仍是未知的。 已有研究显示光生电子载体用于掺入氧气的氧化物并可能影响其化学计量。在生物电化学中，照明已被证明通过改变离子通道的渗透性来引发神经活动。然而，在这些例子中，质量传递特性的变化间接地发生。与电子传输对信息技术至关重要一样，离子传输是能源研究背景下的一个关键现象。通过光调整离子传导将为新的应用领域提供广阔的发展空间，但要为这种效应提供明确的证据已经非常困难。

成果简介

近日，洛桑联邦理工学院Joachim Maier(通讯作者)、Michael Gr?tzel等人通过各种技术，如转移数量测量，渗透研究，化学计量变化，霍尔效应实验和使用阻塞电极，表明光激发增强了几个数量级的甲基碘化铅，原型金属卤化物光伏 材料。提供了这种意外现象的基本原理，并表明它直接导致钙钛矿迄今未被考虑的光分解路径。相关成果以题为“Large tunable photoeffect on ion conduction in halide perovskites and implications for photodecomposition”发表在了Nat. Mater.上。

图文导读

图1 用于在黑暗和光照下研究离子传导的直接实验方法示意图

a)MAPI作为电解质相电池单元的开路电压

b)在黑暗和光照下渗透电池

c)甲苯处理有和没有照明的MAPI膜

图2 MAPbI3薄膜的电子和离子电导率作为光强度的函数

a)在Ar气氛40℃下恒电流极化从d.c.中提取的数据

b)σeon和σion作为碘分压函数的比较

c)EMF电池两端的开路电压

d)沉积在Cu箔上MAPI膜的X射线衍射图

图3 光分解路径的示意图

a)照明时，碘的化学势在黑暗中的平衡值上有效提高

b)由这种差异驱动的启动碘流量

小结

该研究通过各种独立的方法明确表明，能隙高于间隙的照明在MAPI中增加了σeon和σion数量级。除了对卤化物钙钛矿的性能和稳定性带来的严重影响之外，这种前所未有的效应对于固体的化学和物理学具有重要意义，甚至可能为新一代智能器件的生成铺平道路。