Real-space mapping of surface trap states in CIGSe nanocrystals using 4D electron microscopy

Nano Letters

Volumn 16, Issue 7, 2016, Pages 4417-4423

  Bose, Riya ^a   Bera, Ashok ^a   Parida, Manas R ^a   Adhikari, Aniruddha ^a   Shaheen, Basamat S ^a   Alarousu, Erkki ^a   Sun, Jingya ^a   Wu, Tom ^a   Bakr, Osman M ^a   Mohammed, Omar F ^a  

^a KING ABDULLAH UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Saudi Arabia)

Author keywords

4D scanning ultrafast electron microscopy; charge carrier dynamics; CIGSe; semiconductor nanocrystals; shelling; surface traps

Indexed keywords

CARRIER LIFETIME; CHARGE CARRIERS; COPPER; DYNAMICS; ELECTRON MICROSCOPES; ELECTRON MICROSCOPY; ELECTRONS; INDIUM; LASER SPECTROSCOPY; LAYERED SEMICONDUCTORS; MAPPING; NANOCRYSTALS; PASSIVATION; SCANNING ELECTRON MICROSCOPY; SEMICONDUCTING INDIUM; SEMICONDUCTOR DEVICES; SURFACE STATES; ZINC SULFIDE;

CHARGE CARRIER DYNAMICS; CIGSE; SEMICONDUCTOR NANOCRYSTALS; SHELLING; SURFACE TRAP; ULTRAFAST ELECTRON MICROSCOPY;

CHARGE TRAPPING;

EID: 84978776332     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01553     Document Type: Article

References (74)

1. Carey, G. H.; Abdelhady, A. L.; Ning, Z.; Thon, S. M.; Bakr, O. M.; Sargent, E. H. Chem. Rev. 2015, 115, 12732-12763 10.1021/acs.chemrev.5b00063
2. Kamat, P. V. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 908-918 10.1021/jz400052e
3. Banin, U. Nat. Photonics 2008, 2, 209-210 10.1038/nphoton.2008.40
4. Anikeeva, P. O.; Halpert, J. E.; Bawendi, M. G.; Bulovic, V. Nano Lett. 2009, 9, 2532-2536 10.1021/nl9002969
5. Konstantatos, G.; Howard, I.; Fischer, A.; Hoogland, S.; Clifford, J.; Klem, E.; Levina, L.; Sargent, E. H. Nature 2006, 442, 180-183 10.1038/nature04855
6. Sukhovatkin, V.; Hinds, S.; Brzozowski, L.; Sargent, E. H. Science 2009, 324, 1542-1544 10.1126/science.1173812
7. Bekenstein, Y.; Koscher, B. A.; Eaton, S. W.; Yang, P.; Alivisatos, A. P. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 16008-16011 10.1021/jacs.5b11199
8. Kovalenko, M. V.; Manna, L.; Cabot, A.; Hens, Z.; Talapin, D. V.; Kagan, C. R.; Klimov, V. I.; Rogach, A. L.; Reiss, P.; Milliron, D. J.; Guyot-Sionnnest, P.; Konstantatos, G.; Parak, W. J.; Hyeon, T.; Korgel, B. A.; Murray, C. B.; Heiss, W. ACS Nano 2015, 9, 1012-1057 10.1021/nn506223h
9. Rogach, A. L.; Gaponik, N.; Lupton, J. M.; Bertoni, C.; Gallardo, D. E.; Dunn, S.; Li Pira, N.; Paderi, M.; Repetto, P.; Romanov, S. G.; O'Dwyer, C.; Sotomayor Torres, C. M.; Eychmüller, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 6538-6549 10.1002/anie.200705109
10. Steckel, J. S.; Snee, P.; Coe-Sullivan, S.; Zimmer, J. P.; Halpert, J. E.; Anikeeva, P.; Kim, L.-A.; Bulovic, V.; Bawendi, M. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 5796-5799 10.1002/anie.200600317
11. Morello, G.; Anni, M.; Cozzoli, P. D.; Manna, L.; Cingolani, R.; De Giorgi, M. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 10541-10545 10.1021/jp072783h
12. Klimov, V. I.; McBranch, D. W.; Leatherdale, C. A.; Bawendi, M. G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999, 60, 13740-13749 10.1103/PhysRevB.60.13740
13. Mooney, J.; Krause, M. M.; Saari, J. I.; Kambhampati, P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013, 87, 081201 10.1103/PhysRevB.87.081201
14. Jones, M.; Lo, S. S.; Scholes, G. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 3011-3016 10.1073/pnas.0809316106
15. Boles, M. A.; Ling, D.; Hyeon, T.; Talapin, D. V. Nat. Mater. 2016, 15, 141-153 10.1038/nmat4526
16. Panthani, M. G.; Akhavan, V.; Goodfellow, B.; Schmidtke, J. P.; Dunn, L.; Dodabalapur, A.; Barbara, P. F.; Korgel, B. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16770-16777 10.1021/ja805845q
17. Steinhagen, C.; Panthani, M. G.; Akhavan, V.; Goodfellow, B.; Koo, B.; Korgel, B. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12554-12555 10.1021/ja905922j
18. McLeod, S. M.; Hages, C. J.; Carter, N. J.; Agrawal, R. Prog. Photovoltaics 2015, 23, 1550-1556 10.1002/pip.2588
19. Zhao, X.; Lu, M.; Koeper, M.; Agrawal, R. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 7390-7397 10.1039/C6TA00533K
20. Chen, L.-J.; Liao, J.-D.; Chuang, Y.-J.; Fu, Y.-S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3704-3707 10.1021/ja108812j
21. Ford, G. M.; Guo, Q.; Agrawal, R.; Hillhouse, H. W. Chem. Mater. 2011, 23, 2626-2629 10.1021/cm2002836
22. Jackson, P.; Hariskos, D.; Wuerz, R.; Kiowski, O.; Bauer, A.; Friedlmeier, T. M.; Powalla, M. Phys. Status Solidi RRL 2015, 9, 28-31 10.1002/pssr.201409520
23. Aldakov, D.; Lefrancois, A.; Reiss, P. J. Mater. Chem. C 2013, 1, 3756-3776 10.1039/c3tc30273c
24. Li, L.; Pandey, A.; Werder, D. J.; Khanal, B. P.; Pietryga, J. M.; Klimov, V. I. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1176-1179 10.1021/ja108261h
25. Castro, S. L.; Bailey, S. G.; Raffaelle, R. P.; Banger, K. K.; Hepp, A. F. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 12429-12435 10.1021/jp049107p
26. Tang, J.; Hinds, S.; Kelley, S. O.; Sargent, E. H. Chem. Mater. 2008, 20, 6906-6910 10.1021/cm801655w
27. Li, L.; Daou, T. J.; Texier, I.; Kim Chi, T. T.; Liem, N. Q.; Reiss, P. Chem. Mater. 2009, 21, 2422-2429 10.1021/cm900103b
28. Pons, T.; Pic, E.; Lequeux, N.; Cassette, E.; Bezdetnaya, L.; Guillemin, F.; Marchal, F.; Dubertret, B. ACS Nano 2010, 4, 2531-2538 10.1021/nn901421v
29. Nam, D.-E.; Song, W.-S.; Yang, H. J. Mater. Chem. 2011, 21, 18220-18226 10.1039/c1jm12437d
30. Ip, A. H.; Thon, S. M.; Hoogland, S.; Voznyy, O.; Zhitomirsky, D.; Debnath, R.; Levina, L.; Rollny, L. R.; Carey, G. H.; Fischer, A.; Kemp, K. W.; Kramer, I. J.; Ning, Z.; Labelle, A. J.; Chou, K. W.; Amassian, A.; Sargent, E. H. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 577-582 10.1038/nnano.2012.127
31. Tang, J.; Huo, Z.; Brittman, S.; Gao, H.; Yang, P. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 568-572 10.1038/nnano.2011.139
32. Jun, S.; Jang, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 679-682 10.1002/anie.201206333
33. Jung, J.; Lin, C. H.; Yoon, Y. J.; Malak, S. T.; Zhai, Y.; Thomas, E. L.; Vardeny, V.; Tsukruk, V. V.; Lin, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 5071-5075 10.1002/anie.201601198
34. Cao, Y.-W.; Banin, U. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3692-3694 10.1002/(SICI)1521-3773(19991216)38:24<3692::AID-ANIE3692>3.0.CO;2-W
35. Völker, J.; Zhou, X.; Ma, X.; Flessau, S.; Lin, H.; Schmittel, M.; Mews, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 6865-6868 10.1002/anie.201001441
36. Zhang, J. Z. Acc. Chem. Res. 1997, 30, 423-429 10.1021/ar960178j
37. Chuang, C.-H.; Burda, C. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 1921-1927 10.1021/jz300299r
38. Burda, C.; Link, S.; Mohamed, M.; El-Sayed, M. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12286-12292 10.1021/jp0124589
39. Bose, R.; Ahmed, G. H.; Alarousu, E.; Parida, M. R.; Abdelhady, A. L.; Bakr, O. M.; Mohammed, O. F. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 3439-3446 10.1021/acs.jpcc.5b00204
40. Wan, Y.; Guo, Z.; Zhu, T.; Yan, S.; Johnson, J.; Huang, L. Nat. Chem. 2015, 7, 785-792 10.1038/nchem.2348
41. Guo, Z.; Manser, J. S.; Wan, Y.; Kamat, P. V.; Huang, L. Nat. Commun. 2015, 6, 7471.
42. Gabriel, M. M.; Kirschbrown, J. R.; Christesen, J. D.; Pinion, C. W.; Zigler, D. F.; Grumstrup, E. M.; Mehl, B. P.; Cating, E. E. M.; Cahoon, J. F.; Papanikolas, J. M. Nano Lett. 2013, 13, 1336-1340 10.1021/nl400265b
43. Kwon, O.-H.; Barwick, B.; Park, H. S.; Baskin, J. S.; Zewail, A. H. Nano Lett. 2008, 8, 3557-3562 10.1021/nl8029866
44. Kwon, O.-H.; Park, H. S.; Baskin, J. S.; Zewail, A. H. Nano Lett. 2010, 10, 3190-3198 10.1021/nl102141t
45. Liu, H.; Kwon, O.-H.; Tang, J.; Zewail, A. H. Nano Lett. 2014, 14, 946-954 10.1021/nl404354g
46. Carbone, F.; Kwon, O.-H.; Zewail, A. H. Science 2009, 325, 181-184 10.1126/science.1175005
47. Flannigan, D. J.; Park, S. T.; Zewail, A. H. Nano Lett. 2010, 10, 4767-4773 10.1021/nl103589p
48. Flannigan, D. J.; Samartzis, P. C.; Yurtsever, A.; Zewail, A. H. Nano Lett. 2009, 9, 875-881 10.1021/nl803770e
49. Flannigan, D. J.; Zewail, A. H. Nano Lett. 2010, 10, 1892-1899 10.1021/nl100733h
50. Flannigan, D. J.; Zewail, A. H. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 1828-1839.
51. Zewail, A. H. Science 2010, 328, 187-193 10.1126/science.1166135
52. Najafi, E.; Scarborough, T. D.; Tang, J.; Zewail, A. Science 2015, 347, 164-167 10.1126/science.aaa0217
53. Lobastov, V. A.; Srinivasan, R.; Zewail, A. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 7069-7073 10.1073/pnas.0502607102
54. Park, H. S.; Baskin, J. S.; Kwon, O.-H.; Zewail, A. H. Nano Lett. 2007, 7, 2545-2551 10.1021/nl071369q
55. Park, H. S.; Baskin, J. S.; Zewail, A. H. Nano Lett. 2010, 10, 3796-3803 10.1021/nl102861e
56. Mohammed, O. F.; Yang, D.-S.; Pal, S. K.; Zewail, A. H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 7708-7711 10.1021/ja2031322
57. Yang, D.-S.; Mohammed, O. F.; Zewail, A. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 14993-14998 10.1073/pnas.1009321107
58. Cho, J.; Hwang, T. Y.; Zewail, A. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014, 111, 2094-2099 10.1073/pnas.1400138111
59. Sun, J.; Melnikov, V. A.; Khan, J. I.; Mohammed, O. F. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 3884-3890 10.1021/acs.jpclett.5b01867
60. Sun, J.; Adhikari, A.; Shaheen, B. S.; Yang, H.; Mohammed, O. F. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 985-994 10.1021/acs.jpclett.5b02908
61. Khan, J. I.; Adhikari, A.; Sun, J.; Priante, D.; Bose, R.; Shaheen, B. S.; Ng, T. K.; Zhao, C.; Bakr, O. M.; Ooi, B. S.; Mohammed, O. F. Small 2016, 12, 2313-2320 10.1002/smll.201503651
62. Bose, R.; Sun, J.; Khan, J. I.; Shaheen, B. S.; Adhikari, A.; Ng, T. K.; Burlakov, V. M.; Parida, M. R.; Priante, D.; Goriely, A.; Ooi, B. S.; Bakr, O. M.; Mohammed, O. F. Adv. Mater. 2016, 10.1002/adma.201600202
63. Reimer, L. Scanning Electron Microscopy, 2 nd ed.; Springer, 1998, Vol. 45.
64. Wang, Y.-H. A.; Zhang, X.; Bao, N.; Lin, B.; Gupta, A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11072-11075 10.1021/ja203933e
65. Zhong, H.; Wang, Z.; Bovero, E.; Lu, Z.; van Veggel, F. C. J. M.; Scholes, G. D. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 12396-12402 10.1021/jp204249j
66. Liu, Y.; Yao, D.; Shen, L.; Zhang, H.; Zhang, X.; Yang, B. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7207-7210 10.1021/ja300064t
67. Song, W.-S.; Kim, J.-H.; Lee, J.-H.; Lee, H.-S.; Do, Y. R.; Yang, H. J. Mater. Chem. 2012, 22, 21901-21908 10.1039/c2jm35150a
68. Uematsu, T.; Doi, T.; Torimoto, T.; Kuwabata, S. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3283-3287 10.1021/jz101295w
69. Pan, Z.; Mora-Seró, I.; Shen, Q.; Zhang, H.; Li, Y.; Zhao, K.; Wang, J.; Zhong, X.; Bisquert, J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 9203-9210 10.1021/ja504310w
70. Park, J.; Kim, S.-W. J. Mater. Chem. 2011, 21, 3745-3750 10.1039/c0jm03194a
71. Sun, J.; Yang, Y.; Khan, J. I.; Alarousu, E.; Guo, Z.; Zhang, X.; Zhang, Q.; Mohammed, O. F. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 10022-10027 10.1021/am5026159
72. Gong, X.; Tong, M.; Xia, Y.; Cai, W.; Moon, J. S.; Cao, Y.; Yu, G.; Shieh, C.-L.; Nilsson, B.; Heeger, A. J. Science 2009, 325, 1665-1667 10.1126/science.1176706
73. Christians, J. A.; Fung, R. C. M.; Kamat, P. V. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 758-764 10.1021/ja411014k
74. Robel, I.; Subramanian, V.; Kuno, M.; Kamat, P. V. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2385-2393 10.1021/ja056494n