Inter‐Layer Diffusion of Excitations in 2D Perovskites Revealed by Photoluminescence Reabsorption

材料科学 光致发光 扩散 重吸收 图层(电子) 化学物理 凝聚态物理 纳米技术 光电子学 冶金 热力学 物理
作者
Jiaxing Du,Marcello Righetto,Manuel Kober‐Czerny,Siyu Yan,Karim A. Elmestekawy,Henry J. Snaith,Michael B. Johnston,Laura M. Herz
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202421817
摘要

Abstract 2D lead halide perovskites (2DPs) offer chemical compatibility with 3D perovskites and enhanced stability, which are attractive for applications in photovoltaic and light‐emitting devices. However, such lowered structural dimensionality causes increased excitonic effects and highly anisotropic charge‐carrier transport. Determining the diffusivity of excitations, in particular for out‐of‐plane or inter‐layer transport, is therefore crucial, yet challenging to achieve. Here, an effective method is demonstrated for monitoring inter‐layer diffusion of photoexcitations in (PEA) 2 PbI 4 thin films by tracking time‐dependent changes in photoluminescence spectra induced by photon reabsorption effects. Selective photoexcitation from either substrate‐ or air‐side of the films reveals differences in diffusion dynamics encountered through the film profile. Time‐dependent diffusion coefficients are extracted from spectral dynamics through a 1D diffusion model coupled with an interference correction for refractive index variations arising from the strong excitonic resonance of 2DPs. Such analysis, together with structural probes, shows that minute misalignment of 2DPs planes occurs at distances far from the substrate, where efficient in‐plane transport consequently overshadows the less efficient out‐of‐plane transport in the direction perpendicular to the substrate. Through detailed analysis, a low out‐of‐plane excitation diffusion coefficient of (0.26 ± 0.03) ×10 −4 cm 2 s −1 is determined, consistent with a diffusion anisotropy of ≈4 orders of magnitude.

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