Light-induced reversal of ion segregation in mixed-halide perovskites

卤化物 材料科学 离子 带隙 光电子学 钙钛矿(结构) 串联 化学物理 无机化学 结晶学 化学 有机化学 复合材料
作者
Wenxin Mao,Christopher R. Hall,Stefano Bernardi,Yi‐Bing Cheng,Asaph Widmer‐Cooper,Trevor A. Smith,Udo Bach
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:20 (1): 55-61 被引量:166
标识
DOI:10.1038/s41563-020-00826-y
摘要

Bandgap instability due to light-induced phase segregation in mixed-halide perovskites presents a major challenge for their future commercial use. Here we demonstrate that photoinduced halide-ion segregation can be completely reversed at sufficiently high illumination intensities, enabling control of the optical bandgap of a mixed-halide perovskite single crystal by optimizing the input photogenerated carrier density. We develop a polaron-based two-dimensional lattice model that rationalizes the experimentally observed phenomena by assuming that the driving force for photoinduced halide segregation is dependent on carrier-induced strain gradients that vanish at high carrier densities. Using illumination sources with different excitation intensities, we demonstrate write–read–erase experiments showing that it is possible to store information in the form of latent images over several minutes. The ability to control the local halide-ion composition with light intensity opens opportunities for the use of mixed-halide perovskites in concentrator and tandem solar cells, as well as in high-power light-emissive devices and optical memory applications. Depending on its intensity, light irradiation is shown to induce not only segregation but also remixing of halide ions in mixed-halide perovskites, enabling in situ and localized control of chemical composition and optical bandgap in these materials.
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