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編者按：與電子傳輸對信息技術至關重要一樣，離子傳輸是能源研究背景下的一個關鍵現(xiàn)象。通過光調整離子傳導將為新的應用領域提供廣闊的發(fā)展空間，但要為這種效應提供明確的證據(jù)已經(jīng)非常困難。近日，有人通過各種技術，提供了這種意外現(xiàn)象的基本原理，并表明它直接導致鈣鈦礦迄今未被考慮的光分解路徑。

引言

對離子和質量傳輸?shù)墓庑щm然非常吸引人，但很多方面仍是未知的。 已有研究顯示光生電子載體用于摻入氧氣的氧化物并可能影響其化學計量。在生物電化學中，照明已被證明通過改變離子通道的滲透性來引發(fā)神經(jīng)活動。然而，在這些例子中，質量傳遞特性的變化間接地發(fā)生。與電子傳輸對信息技術至關重要一樣，離子傳輸是能源研究背景下的一個關鍵現(xiàn)象。通過光調整離子傳導將為新的應用領域提供廣闊的發(fā)展空間，但要為這種效應提供明確的證據(jù)已經(jīng)非常困難。

成果簡介

近日，洛桑聯(lián)邦理工學院Joachim Maier(通訊作者)、Michael Gr?tzel等人通過各種技術，如轉移數(shù)量測量，滲透研究，化學計量變化，霍爾效應實驗和使用阻塞電極，表明光激發(fā)增強了幾個數(shù)量級的甲基碘化鉛，原型金屬鹵化物光伏 材料。提供了這種意外現(xiàn)象的基本原理，并表明它直接導致鈣鈦礦迄今未被考慮的光分解路徑。相關成果以題為“Large tunable photoeffect on ion conduction in halide perovskites and implications for photodecomposition”發(fā)表在了Nat. Mater.上。

圖文導讀

圖1 用于在黑暗和光照下研究離子傳導的直接實驗方法示意圖


a)MAPI作為電解質相電池單元的開路電壓

b)在黑暗和光照下滲透電池

c)甲苯處理有和沒有照明的MAPI膜

圖2 MAPbI3薄膜的電子和離子電導率作為光強度的函數(shù)


a)在Ar氣氛40℃下恒電流極化從d.c.中提取的數(shù)據(jù)

b)σeon和σion作為碘分壓函數(shù)的比較

c)EMF電池兩端的開路電壓

d)沉積在Cu箔上MAPI膜的X射線衍射圖

圖3 光分解路徑的示意圖


a)照明時，碘的化學勢在黑暗中的平衡值上有效提高

b)由這種差異驅動的啟動碘流量

小結

該研究通過各種獨立的方法明確表明，能隙高于間隙的照明在MAPI中增加了σeon和σion數(shù)量級。除了對鹵化物鈣鈦礦的性能和穩(wěn)定性帶來的嚴重影響之外，這種前所未有的效應對于固體的化學和物理學具有重要意義，甚至可能為新一代智能器件的生成鋪平道路。

原標題：鹵化物鈣鈦礦離子傳導的可調光電效應及其對光分解的影響