Heterogeneous Charge Carrier Dynamics in Organic-Inorganic Hybrid Materials: Nanoscale Lateral and Depth-Dependent Variation of Recombination Rates in Methylammonium Lead Halide Perovskite Thin Films

Nano Letters

Volumn 15, Issue 7, 2015, Pages 4799-4807

  Bischak, Connor G ^a   Sanehira, Erin M ^e,f   Precht, Jake T ^a   Luther, Joseph M ^e   Ginsberg, Naomi S ^a,b,c,d,g  

^a Department of Chemistry ^*  (United States)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^c Physical Biosciences   (United States)

^d LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

^e NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY   (United States)

^f University of Washington   (United States)

^g Kavli Energy NanoSciences Institute   (United States)

Author keywords

cathodoluminescence; Methylammonium lead halide perovskite; nanoimaging; nonradiative recombination; photovoltaics; surface defects

Indexed keywords

CATHODOLUMINESCENCE; CHARGE CARRIERS; FILMS; LUMINESCENCE; NANOSTRUCTURED MATERIALS; NANOTECHNOLOGY; PEROVSKITE; SCANNING ELECTRON MICROSCOPY; SURFACE DEFECTS;

CATHODOLUMINESCENCE MICROSCOPY; CHARGE CARRIER DYNAMICS; CHARGE CARRIER RECOMBINATION; HALIDE PEROVSKITES; NANO-IMAGING; NON-RADIATIVE RECOMBINATIONS; ORGANIC-INORGANIC HYBRID MATERIALS; PHOTOVOLTAICS;

HYBRID MATERIALS;

EID: 84936850894     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01917     Document Type: Article

References (64)

1. Lee, M. M.; Teuscher, J.; Miyasaka, T.; Murakami, T. N.; Snaith, H. J. Science 2012, 338, 643-647
2. Ball, J. M.; Lee, M. M.; Hey, A.; Snaith, H. J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1739
3. Burschka, J.; Pellet, N.; Moon, S.-J.; Humphry-Baker, R.; Gao, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Nature 2013, 499, 316-319
4. Liu, M.; Johnston, M. B.; Snaith, H. J. Nature 2013, 501, 395-398
5. Green, M. A.; Ho-Baillie, A.; Snaith, H. J. Nat. Photonics 2014, 8, 506-514
6. Zhou, H.; Chen, Q.; Li, G.; Luo, S.; Song, T.; Duan, H.-S.; Hong, Z.; You, J.; Liu, Y.; Yang, Y. Science 2014, 345, 542-546
7. Tan, Z.-K.; Moghaddam, R. S.; Lai, M. L.; Docampo, P.; Higler, R.; Deschler, F.; Price, M.; Sadhanala, A.; Pazos, L. M.; Credgington, D.; Hanusch, F.; Bein, T.; Snaith, H. J.; Friend, R. H. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 687-692
8. Stranks, S. D.; Eperon, G. E.; Grancini, G.; Menelaou, C.; Alcocer, M. J. P.; Leijtens, T.; Herz, L. M.; Petrozza, A.; Snaith, H. J. Science 2013, 342, 341-344
9. Xing, G.; Mathews, N.; Sun, S.; Lim, S. S.; Lam, Y. M.; Grätzel, M.; Mhaisalkar, S.; Sum, T. C. Science 2013, 342, 344-347
10. Zhao, Y.; Nardes, A. M.; Zhu, K. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 490-494
11. Dong, Q.; Fang, Y.; Shao, Y.; Mulligan, P.; Qiu, J.; Cao, L.; Huang, J. Science 2015, 347, 967-970
12. Shi, D.; Adinolfi, V.; Comin, R.; Yuan, M.; Alarousu, E.; Buin, A.; Chen, Y.; Hoogland, S.; Rothenberger, A.; Katsiev, K.; Losovyj, Y.; Zhang, X.; Dowben, P. A.; Mohammed, O. F.; Sargent, E. H.; Bakr, O. M. Science 2015, 347, 519-522
13. Eperon, G. E.; Burlakov, V. M.; Docampo, P.; Goriely, A.; Snaith, H. J. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 151-157
14. Zhang, W.; Saliba, M.; Moore, D. T.; Pathak, S. K.; Hörantner, M. T.; Stergiopoulos, T.; Stranks, S. D.; Eperon, G. E.; Alexander-Webber, J. A.; Abate, A.; Sadhanala, A.; Yao, S.; Chen, Y.; Friend, R. H.; Estroff, L. A.; Wiesner, U.; Snaith, H. J. Nat. Commun. 2015, 6, 6412
15. Kim, H.-S.; Lee, C.-R.; Im, J.-H.; Lee, K.-B.; Moehl, T.; Marchioro, A.; Moon, S.-J.; Humphry-Baker, R.; Yum, J.-H.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Park, N.-G. Sci. Rep. 2012, 2, 591
16. Edri, E.; Kirmayer, S.; Mukhopadhyay, S.; Gartsman, K.; Hodes, G.; Cahen, D. Nat. Commun. 2014, 5, 3461
17. Wen, X.; Sheng, R.; Ho-Baillie, A. W. Y.; Benda, A.; Woo, S.; Ma, Q.; Huang, S.; Green, M. A. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3849-3853
18. deQuilettes, D. W.; Vorpahl, S. M.; Stranks, S. D.; Nagaoka, H.; Eperon, G. E.; Ziffer, M. E.; Snaith, H. J.; Ginger, D. S. Science 2015, 348, 683-686
19. Yin, W.-J.; Shi, T.; Yan, Y. Appl. Phys. Lett. 2014, 104 (6) 063903
20. Wu, X.; Trinh, M. T.; Niesner, D.; Zhu, H.; Norman, Z.; Owen, J. S.; Yaffe, O.; Kudisch, B. J.; Zhu, X.-Y. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2089-2096
21. Tvingstedt, K.; Malinkiewicz, O.; Baumann, A.; Deibel, C.; Snaith, H. J.; Dyakonov, V.; Bolink, H. J. Sci. Rep. 2014, 4, 6071
22. Noel, N. K.; Abate, A.; Stranks, S. D.; Parrott, E. S.; Burlakov, V. M.; Goriely, A.; Snaith, H. J. ACS Nano 2014, 8, 9815-9821
23. Pathak, S.; Sepe, A.; Sadhanala, A.; Deschler, F.; Haghighirad, A.; Sakai, N.; Goedel, K. C.; Stranks, S. D.; Noel, N.; Price, M.; Hüttner, S.; Hawkins, N. A.; Friend, R. H.; Steiner, U.; Snaith, H. J. ACS Nano 2015, 9, 2311-2320
24. Yacobi, B. G.; Holt, D. B. Cathodoluminescence Microscopy of Inorganic Solids; Plenum Press: New York, 1990.
25. Christen, J.; Grundmann, M.; Bimberg, D. J. Vac. Sci. Technol., B 1991, 9, 2358-2368
26. Durose, K.; Edwards, P. R.; Halliday, D. P. J. Cryst. Growth 1999, 197, 733-742
27. Romero, M. J.; Ramanathan, K.; Contreras, M. A.; Al-Jassim, M. M.; Noufi, R.; Sheldon, P. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 4770-4772
28. Merano, M.; Sonderegger, S.; Crottini, A.; Collin, S.; Renucci, P.; Pelucchi, E.; Malko, A.; Baier, M. H.; Kapon, E.; Deveaud, B.; Ganière, J.-D. Nature 2005, 438, 479-482
29. Li, X.; Coleman, J. J. Appl. Phys. Lett. 1997, 70, 438-440
30. Bano, N.; Hussain, I.; Nur, O.; Willander, M.; Wahab, Q.; Henry, A.; Kwack, H. S.; Le Si Dang, D. J. Lumin. 2010, 130, 963-968
31. Brillson, L. J. J. Phys. Appl. Phys. 2012, 45, 183001
32. Fabbri, F.; Smith, M. J.; Recht, D.; Aziz, M. J.; Gradečak, S.; Salviati, G. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 031909
33. Edri, E.; Kirmayer, S.; Henning, A.; Mukhopadhyay, S.; Gartsman, K.; Rosenwaks, Y.; Hodes, G.; Cahen, D. Nano Lett. 2014, 14, 1000-1004
34. Wolf, P. D.; Stephenson, R.; Trenkler, T.; Clarysse, T.; Hantschel, T.; Vandervorst, W. J. Vac. Sci. Technol., B 2000, 18, 361-368
35. Pingree, L. S. C.; Reid, O. G.; Ginger, D. S. Adv. Mater. 2009, 21, 19-28
36. Schuck, P. J.; Weber-Bargioni, A.; Ashby, P. D.; Ogletree, D. F.; Schwartzberg, A.; Cabrini, S. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 2539-2553
37. Haegel, N. M.; Chisholm, D. J.; Cole, R. A. J. Cryst. Growth 2012, 352 (1) 218-223
38. Haegel, N. M. Nanophotonics 2013, 3, 75-89
39. Horváth, E.; Spina, M.; Szekrényes, Z.; Kamarás, K.; Gaal, R.; Gachet, D.; Forró, L. Nano Lett. 2014, 14, 6761-6766
40. Navas, J.; Sánchez-Coronilla, A.; Gallardo, J. J.; Hernández, N. C.; Pińro, J. C.; Alcántara, R.; Fernández-Lorenzo, C.; Santos, D. M. D. los; Aguilar, T.; Martín-Calleja, J. Nanoscale 2015, 7, 6216-6229
41. Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Kim, Y. C.; Yang, W. S.; Ryu, S.; Seok, S. I. Nat. Mater. 2014, 13, 897-903
42. Miller, E. M.; Zhao, Y.; Mercado, C. C.; Saha, S. K.; Luther, J. M.; Zhu, K.; Stevanović, V.; Perkins, C. L.; van de Lagemaat, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 22122-22130
43. Deschler, F.; Price, M.; Pathak, S.; Klintberg, L. E.; Jarausch, D.-D.; Higler, R.; Hüttner, S.; Leijtens, T.; Stranks, S. D.; Snaith, H. J.; Atatüre, M.; Phillips, R. T.; Friend, R. H. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1421-1426
44. Drouin, D.; Couture, A. R.; Joly, D.; Tastet, X.; Aimez, V.; Gauvin, R. Scanning 2007, 29, 92-101
45. Duan, H.-S.; Zhou, H.; Chen, Q.; Sun, P.; Luo, S.; Song, T.-B.; Bob, B.; Yang, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 17, 112-116
46. Ma, J.; Wang, L.-W. Nano Lett. 2015, 15, 248-253
47. Kim, J.; Lee, S.-H.; Lee, J. H.; Hong, K.-H. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1312-1317
48. Du, M.-H. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 1461-1466
49. Shao, Y.; Xiao, Z.; Bi, C.; Yuan, Y.; Huang, J. Nat. Commun. 2014, 5, 5784
50. Abate, A.; Saliba, M.; Hollman, D. J.; Stranks, S. D.; Wojciechowski, K.; Avolio, R.; Grancini, G.; Petrozza, A.; Snaith, H. J. Nano Lett. 2014, 14, 3247-3254
51. Galisteo-López, J. F.; Anaya, M.; Calvo, M. E.; Míguez, H. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 2200-2205
52. Hu, H.; Wang, D.; Zhou, Y.; Zhang, J.; Lv, S.; Pang, S.; Chen, X.; Liu, Z.; Padture, N. P.; Cui, G. RSC Adv. 2014, 4, 28964-28967
53. Tan, K. W.; Moore, D. T.; Saliba, M.; Sai, H.; Estroff, L. A.; Hanrath, T.; Snaith, H. J.; Wiesner, U. ACS Nano 2014, 8, 4730-4739
54. Liang, P.-W.; Liao, C.-Y.; Chueh, C.-C.; Zuo, F.; Williams, S. T.; Xin, X.-K.; Lin, J.; Jen, A. K.-Y. Adv. Mater. 2014, 26, 3748-3754
55. Saliba, M.; Tan, K. W.; Sai, H.; Moore, D. T.; Scott, T.; Zhang, W.; Estroff, L. A.; Wiesner, U.; Snaith, H. J. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 17171-17177
56. Lian, J.; Wang, Q.; Yuan, Y.; Shao, Y.; Huang, J. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 9146-9151
57. Stranks, S. D.; Burlakov, V. M.; Leijtens, T.; Ball, J. M.; Goriely, A.; Snaith, H. J. Phys. Rev. Appl. 2014, 2, 034007
58. Leijtens, T.; Stranks, S. D.; Eperon, G. E.; Lindblad, R.; Johansson, E. M. J.; McPherson, I. J.; Rensmo, H.; Ball, J. M.; Lee, M. M.; Snaith, H. J. ACS Nano 2014, 8, 7147-7155
59. Samiee, M.; Konduri, S.; Ganapathy, B.; Kottokkaran, R.; Abbas, H. A.; Kitahara, A.; Joshi, P.; Zhang, L.; Noack, M.; Dalal, V. Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 153502
60. Mei, Y.; Jurchescu, O. d.; Zhang, C.; Vardeny, Z. v. MRS Commun. 2015, FirstView, 1-5
61. Unger, E. L.; Bowring, A. R.; Tassone, C. J.; Pool, V. L.; Gold-Parker, A.; Cheacharoen, R.; Stone, K. H.; Hoke, E. T.; Toney, M. F.; McGehee, M. D. Chem. Mater. 2014, 26, 7158-7165
62. Kaz, D. M.; Bischak, C. G.; Hetherington, C. L.; Howard, H. H.; Marti, X.; Clarkson, J. D.; Adamo, C.; Schlom, D. G.; Ramesh, R.; Aloni, S.; Ogletree, D. F.; Ginsberg, N. S. ACS Nano 2013, 7, 10397-10404
63. Bischak, C. G.; Hetherington, C. L.; Wang, Z.; Precht, J. T.; Kaz, D. M.; Schlom, D. G.; Ginsberg, N. S. Nano Lett. 2015, 15, 3383-3390
64. Bischak, C. G.; Hetherington, C. L.; Wang, Z.; Precht, J. T.; Kaz, D. M.; Schlom, D. G.; Ginsberg, N. S. Nano Lett. 2015, 15, 3383-3390