Optical control of bandgaps of lead halide perovskites

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05242
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022); Osaka City University (2020-2021)
• Principal Investigator: Yuyama Ken-ichi 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 講師 (20786355)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ペロブスカイト / 光圧 / 光ピンセット / ハロゲン交換反応 / 顕微分光 / ヘテロバンド構造

Outline of Final Research Achievements

We demonstrated site-specific halogen exchange reactions of lead halide perovskites through local concentration increase in precursors with the use of optical forces. We focused a continuous-wave near-infrared laser beam onto the surface of a CH3NH3PbBr3 crystal in a precursor solution containing iodide ions, then CH3NH3Pb(BrI)3 with a narrower bandgap was formed at the irradiated position. Thus, we succeeded in fabricating a perovskite crystal with a hetero-band structure. We also prepared a graded bandgap structures with different composition ratios of bromine and iodine ions by scanning the laser beam. However, the resultant crystal was unstable, preventing spectroscopic analysis. In order to understand how optical forces act on perovskite precursors, we performed optical trapping experiments for ionic liquids as a model compound. We found that nano-clustering plays an important role in trapping ionic compounds.

Free Research Field

光物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

次世代半導体材料であるハロゲン化金属ペロブスカイトは、様々な光・電子デバイスへの応用が期待されている。空間的に変調されたバンドギャップ構造をもつペロブスカイトの単一結晶は、電子とホールを狭バンドギャップ領域に集めることができる。そのため、特定の位置で電流や発光を取り出すことができる高効率な光電変換・発光デバイスの開発につながる。また、光圧によるペロブスカイト前駆体の局所濃度上昇において、ナノクラスター形成が重要な役割を果たしていることが見出された。今後、イオン化合物を対象とした光捕捉研究への展開が期待される。