Nanoscale chemical heterogeneity dominates the optoelectronic response of alloyed perovskite solar cells

纳米尺度 材料科学 钙钛矿(结构) 光电子学 光致发光 载流子 纳米技术 化学物理 化学 结晶学
作者
Kyle Frohna,Miguel Anaya,Stuart Macpherson,Jooyoung Sung,Tiarnan A. S. Doherty,Yu‐Hsien Chiang,Andrew Winchester,Kieran W. P. Orr,Julia E. Parker,Paul D. Quinn,Keshav M. Dani,Akshay Rao,Samuel D. Stranks
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:17 (2): 190-196 被引量:156
标识
DOI:10.1038/s41565-021-01019-7
摘要

Halide perovskites perform remarkably in optoelectronic devices. However, this exceptional performance is striking given that perovskites exhibit deep charge-carrier traps and spatial compositional and structural heterogeneity, all of which should be detrimental to performance. Here, we resolve this long-standing paradox by providing a global visualization of the nanoscale chemical, structural and optoelectronic landscape in halide perovskite devices, made possible through the development of a new suite of correlative, multimodal microscopy measurements combining quantitative optical spectroscopic techniques and synchrotron nanoprobe measurements. We show that compositional disorder dominates the optoelectronic response over a weaker influence of nanoscale strain variations even of large magnitude. Nanoscale compositional gradients drive carrier funnelling onto local regions associated with low electronic disorder, drawing carrier recombination away from trap clusters associated with electronic disorder and leading to high local photoluminescence quantum efficiency. These measurements reveal a global picture of the competitive nanoscale landscape, which endows enhanced defect tolerance in devices through spatial chemical disorder that outcompetes both electronic and structural disorder.
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