In-situ observation of trapped carriers in organic metal halide perovskite films with ultra-fast temporal and ultra-high energetic resolutions

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作者
Kanishka Kobbekaduwa,Shreetu Shrestha,Pan Adhikari,Exian Liu,L. B. Coleman,Jianbing Zhang,Ying Shi,Yuanyuan Zhou,Yehonadav Bekenstein,Feng Yan,Apparao M. Rao,Hsinhan Tsai,Matthew C. Beard,Wanyi Nie,Jianbo Gao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41467-021-21946-2
摘要

Abstract We in-situ observe the ultrafast dynamics of trapped carriers in organic methyl ammonium lead halide perovskite thin films by ultrafast photocurrent spectroscopy with a sub-25 picosecond time resolution. Upon ultrafast laser excitation, trapped carriers follow a phonon assisted tunneling mechanism and a hopping transport mechanism along ultra-shallow to shallow trap states ranging from 1.72–11.51 millielectronvolts and is demonstrated by time-dependent and independent activation energies. Using temperature as an energetic ruler, we map trap states with ultra-high energy resolution down to < 0.01 millielectronvolt. In addition to carrier mobility of ~4 cm 2 V −1 s −1 and lifetime of ~1 nanosecond, we validate the above transport mechanisms by highlighting trap state dynamics, including trapping rates, de-trapping rates and trap properties, such as trap density, trap levels, and capture-cross sections. In this work we establish a foundation for trap dynamics in high defect-tolerant perovskites with ultra-fast temporal and ultra-high energetic resolution.
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