Revealing Charge Carrier Mobility and Defect Densities in Metal Halide Perovskites via Space-Charge-Limited Current Measurements.
Revealing Charge Carrier Mobility and Defect Densities in Metal Halide Perovskites via Space-Charge-Limited Current Measurements.
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通过空间电荷限制电流测量揭示金属卤化物钙钛矿中的电荷载流子迁移率和缺陷密度。
DOI：
10.1021/acsenergylett.0c02599
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发表时间：
2021-03-12
影响因子：
22
通讯作者：
Koster LJA
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Le Corre VM;Duijnstee EA;El Tambouli O;Ball JM;Snaith HJ;Lim J;Koster LJA
空间电荷限制电流（SCLC）测量被广泛应用于半导体中载流子迁移率和陷阱密度的研究。然而，由于这些材料的混合离子和电子性质，它们对金属卤化物钙钛矿的适用性并不简单。在这里，我们讨论了钙钛矿半导体中SCLC的缺陷，特别是移动离子的影响。我们使用漂移扩散（DD）模拟表明，离子强烈影响测量，并且通常的SCLC分析和解释需要改进。我们强调陷阱密度和迁移率不能用经典方法直接量化。我们讨论了脉冲SCLC在离子运动影响最小的情况下获得可靠数据的优点。然后，我们证明了用DD模型拟合脉冲SCLC是同时提取迁移率、陷阱和离子密度的可靠方法。作为概念验证，我们获得了一个MAPbBr3单晶的陷阱密度为1.3 × 1013 cm-3，离子密度为1.1 × 1013 cm-3，迁移率为13 cm2 V-1 s-1。
Space-charge-limited current (SCLC) measurements have been widely used to study the charge carrier mobility and trap density in semiconductors. However, their applicability to metal halide perovskites is not straightforward, due to the mixed ionic and electronic nature of these materials. Here, we discuss the pitfalls of SCLC for perovskite semiconductors, and especially the effect of mobile ions. We show, using drift-diffusion (DD) simulations, that the ions strongly affect the measurement and that the usual analysis and interpretation of SCLC need to be refined. We highlight that the trap density and mobility cannot be directly quantified using classical methods. We discuss the advantages of pulsed SCLC for obtaining reliable data with minimal influence of the ionic motion. We then show that fitting the pulsed SCLC with DD modeling is a reliable method for extracting mobility, trap, and ion densities simultaneously. As a proof of concept, we obtain a trap density of 1.3 × 1013 cm–3, an ion density of 1.1 × 1013 cm–3, and a mobility of 13 cm2 V–1 s–1 for a MAPbBr3 single crystal.
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