- 論文全文：Hydrogen Plasma Treatment Compensates for the Intrinsic Defects in Cs2AgBiBr6 Thin Films
- 於 2024 年 11 月 19 日 發表於 The Journal of Physical Chemistry C：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.4c05773
- 作者名單：Heng-Chi Chu, Chieh-Ming Hung, Hsin-Chen Huang, Shih-Chang Weng, Bi-Hsuan Lin, Song Yang, Yu-Hao Wu, Kai-Hsin Chang, Jing-Jong Shyue, Pi-Tai Chou*, and Chang-Ming Jiang*
鹵化物雙鈣鈦礦材料 (halide double perovskites) 因其低毒性和高穩定性，在過去十年中作為替代含鉛鈣鈦礦的理想選擇備受研究，在光伏和放光元件領域中受到廣泛關注。其中，最具潛力的材料之一是 Cs2AgBiBr6，但其過寬的光學能隙 (optical bandgap) 和低載子遷移率為其應用發展帶來挑戰。一個很有潛力的策略是藉由引入 B 位無序結構 (B-site disorder) ，以提升其可見光吸收能力，進而提高其作為太陽能電池的效率。然而，這種無序不可避免地導致 AgBi 錯位缺陷 (Ag-on-Bi antisites) ，從而引發非輻射復合損失（non-radiative recombination loss）。本系姜昌明助理教授與周必泰教授實驗室合作的研究展示了通過氫電漿後處理（hydrogen plasma post-treatment）可以有效彌補Cs2AgBiBr6 中的 B 位反位缺陷，顯著提高其自陷激子 (self-trapped exciton) 的發光壽命 (lifetime) 和近十倍的光致發光強度（見圖一）。本系研究團隊發現，氫化處理後材料的 n 型特性顯著增強，特別是在 Bi 和 Ag 的鍵結環境中產生了顯著變化。此外，結合變溫光譜和 X 射線繞射分析容許了對於氫與 Cs2AgBiBr6 雙鈣鈦礦之間複雜交互作用的深入解析。然而，當溫度低於立方到四方 (cubic-to-tetragonal) 相變溫度時，氫反而會作為非輻射復合中心，減弱了其缺陷彌補的能力。本研究揭示了氫摻雜在 Cs2AgBiBr6 材料中的重要作用，同時強調了氫電漿後處理在新型光電元件開發中的潛力。
圖一: (a) 經過不同時程氫電漿處理後Cs2AgBiBr6薄膜的自陷激子光致放光光譜 。(b) 由瞬態吸收光譜法測得之光激電子在750 nm處之動態學。 (c) Cs2AgBiBr6經氫電漿處理前後之能帶結構比較。