【解读】：国家电网公司电力通信专业发展纪实

【引言】便携和可穿戴电子器件将会成为我们未来生活中的重要部分，解读纪实在实际应用的过程中，这些柔性电子器件会受到不同程度的压力。

有机半导体是激子束缚材料，国家公司激子结合能在数百meV内，因此在激发态中占优势。第3节详述了MHP中激子和相关现象的性质，电网电力包括各种方法确定的激子结合能及其影响因素，电网电力激子动力学，激子-光子耦合和相关应用，以及MHP中的激子-声子耦合。

同时，通信MHP在各种应用中的快速发展引发了一系列光物理研究，以便了解这些器件高性能背后的潜在机理，其中光激发物质的性质一直是争论的焦点。作者在文章第2节讨论了MHP的独特介电常数特性，专业晶体-液体二象性和基本光学过程。然后详细描述MHP中激子和相关现象的性质，发展包括通过各种方法确定的激子结合能及其影响因子，发展激子动力学，激子-光子耦合和相关应用，以及MHP中的激子-声子耦合。

【成果简介】为了全面了解MHP中的基本光物理过程并说明各种相关研究结果的差异，解读纪实湖南大学潘安练教授、解读纪实王笑教授和蒋英助理教授回顾并总结了MHP研究的最新进展。研究成果得到ScienceDaily等多家国际学术机构和媒介的高度评价，国家公司其中宽带可调谐激光芯片研究被英国物理出版局评价为实现激光调谐纪录，国家公司原子晶体横向异质结构可控合成相关研究被Nature.Mater.以实现平面外延生长的完美匹配为标题亮点报道，首次实现亚微米通信光放大器，研究成果被美国物理出版局精选为成果亮点。

而兼具有机和无机半导体特性的MHPs似乎代表了这两种情况之间的一类特殊的半导体，电网电力比如对于钙钛矿MAPbI3来说，电网电力其实验确定的激子束缚能在2到50个毫电子伏特的范围内变化。

自2009年以来，通信由于其在光伏（PV）领域的巨大成功，通信MHP受到了极大的关注，在过去几年中，基于钙钛矿的太阳能电池其功率转换效率（PCE）从3.8％迅速提高到23％以上。钙钛矿太阳能电池的这种高效率归因于其超长的载流子寿命，专业较长的载流子扩散长度和出众的缺陷耐受性。

【图文导读】Figure1.三种MA-Pb卤化物在宽频谱上的介电常数Figure2.通过尺寸或组分调控钙钛矿纳米片和微/纳米棒的带隙/颜色(a).不同比例的OABr：发展MABr的钙钛矿纳米片的TEM图像，发展照片，吸收和PL光谱(b).CsPbX3微/纳米棒的代表性PL光谱(c).室温下基于CsPbX3微/纳米棒的宽波段可调谐激光Figure3.确定激子束缚能的各种实验方法(a,b).磁吸收法（magnetoabsorption）确定激子束缚能(c,d).温度依赖的荧光法（temperaturedependenceofphotoluminescence）确定激子束缚能(e).光吸收法（opticalabsorption）确定激子束缚能。Figure4.形貌和结晶度对激子束缚能的影响(a,b).MAPbI3薄膜的SEM图像(c).室温下的TA光谱(d).静电势波动驱动的电子-空穴相互作用的示意图(e).MAPbI3晶粒的SEM图像(f).光谱积分瞬态吸收显微镜图像Figure5.二维钙钛矿中的激子束缚能(a).沿2D（C4H9NH3）2（CH3NH3）n-1PbnI3n+1堆叠层的方向c切割的Ruddlesden-Popper卤化钙钛矿（RPP）结构示意图(b).层厚度n从1到5不等的二维钙钛矿的光致发光光谱(c,d).维度系数α和激子束缚能随层厚度的变化Figure6.Saha–Langmuir公式在钙钛矿中的应用(a).自由载流子的量子产率（φfc）与激发密度（n）的函数关系(b).在Mott密度下的近似临界载流子浓度随激子波尔半径的变化Figure7.超快光谱研究激子动力学(a,c).MAPbI3（上图）和MAPbI1.1Br1.9（下图）薄膜的瞬态吸收光谱(b,d).MAPbI3（上图）和MAPbI1.1Br1.9（下图）薄膜的PB和PA1波段的衰减动力学曲线比较Figure8.钙钛矿中激子与光子的强耦合相互作用(a).包含2D层状钙钛矿的法布里-珀罗微腔的示意图(b).微腔的反射光谱(c).强耦合作用下产生的上极化分支和下极化分支(d).典型的MAPbBr3微/纳米线的PL光谱及其洛伦兹拟合(e).MAPbBr3微/纳米线的色散曲线(f).在相同能量坐标下绘制的同一MAPbBr3钙钛矿微/纳米线的激光发射光谱（粉红线）和空间分辨光致发光光谱（蓝线）(g).CsPbBr3纳米线的彩色光学图像(h).定向CsPbX3及其合金纳米线的宽波段可调激射光谱(i).激子-极化子模型拟合CsPbBr3纳米线激光峰能量的能量波矢量频散曲线Figure9.与钙钛矿相关的激子-极化子相关应用(a-c).CsPbCl3钙钛矿微腔的角分辨光致发光谱(d).CsPbBr3纳米线功率依赖的PL光谱(e).单个CsPbBr3纳米线的光学图像（底部）;中间和顶部图像分别显示低于和高于激射阈值Pth的纳米线光学图像(f).激光光谱和PL光谱的比较(g).荧光强度随连续光激发功率的变化(h).代表性的激射光谱(i).CsPbBr3纳米线（14μm）中的腔光子（蓝色虚线）和激子（绿色）的色散曲线Figure10.钙钛矿中的激子-声子耦合(a).MAPbI3单晶的典型光电流（红色）和光致发光（蓝色）光谱(b).MAPbI3单晶的PC峰值ΓPC（红色圆圈）和FEPL带ΓPL（蓝色圆圈）的FWHM随温度的变化(c-e).CsPbX3（X=Cl，解读纪实Br和I）纳米晶体中温度依赖的PL发射光谱(f-h).PL发射光谱的FWHM随温度的依赖关系Figure11.钙钛矿中载流子扩散长度的测定方法(a).光光猝灭法(b).瞬态吸收显微镜法(c).扫描荧光成像法(d).扫描光电流成像法Figure12.钙钛矿中载流子迁移率的测定(a).钙钛矿纳米板装置的电光特性测量示意图(b).外部电场下载流子产生，解读纪实扩散和漂移的示意图(c).典型CsPbBr3纳米板装置在不同正负偏压下的PL成像(d).不同正偏压下荧光强度在空间上的分布(e).荧光强度在空间上的衰减长度随偏置电压的变化Figure13.钙钛矿中载流子的复合速率(a).半导体中可能的电荷产生和复合通道的示意图(b).MAPbI3中一阶（k1）、二阶（k2）和三阶（k3）复合衰减速率与注入载流子密度的函数关系(c).MAPbI3中k1、k2和k3的温度依赖关系Figure14.钙钛矿中载流子复合过程的调控(a).MAPbI3钙钛矿晶体的PL强度(b).飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）图像(c).有无Pyridine处理的钙钛矿荧光强度随辐射时间的关系(d).有无TOPO处理的钙钛矿衰减动力学比较Figure15.钙钛矿太阳能电池(a).基于钙钛矿的聚光光伏器件的示意图(b).测量性能最佳的钙钛矿器件的J-V曲线(c).钙钛矿太阳能电池器件的功率转换效率Figure16.钙钛矿器件(a).钙钛矿LED(b).在室温下从单晶MAPbX3纳米线发出的波长可调的激光(c).单晶MAPbBr3光电探测器的增益和响应度(d).基于钙钛矿量子点的实时X射线诊断成像的实验装置示意图【小结】金属卤化物钙钛矿（MHP）最近引起了科学界的极大关注，因为它们具有优异的光伏性能以及其它光电应用（如发光二极管，激光和光电探测器）的巨大潜力。

通常，国家公司无机半导体是自由载流子材料，其激子结合能在室温下仅几个meV，并且它们的激发态主要由自由载流子填充。描述了MHP中光生载流子的性质，电网电力例如载流子扩散长度，迁移率和复合速率等。