時(shí)間分辨光致發(fā)光(TRPL)技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

在材料科學(xué)研究中，時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL）已是一種高靈敏度、無(wú)損的光學(xué)探測(cè)技術(shù)，能夠在皮秒至微秒的時(shí)間尺度上精準(zhǔn)捕捉材料在光激發(fā)后的動(dòng)態(tài)行為。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于研究半導(dǎo)體到量子限制系統(tǒng)的材料特性，為研究人員揭示載流子壽命、復(fù)合機(jī)制、陷阱態(tài)分布等關(guān)鍵信息，助力材料性能的優(yōu)化與器件應(yīng)用的推進(jìn)。

核心優(yōu)勢(shì)：
▫無(wú)需電接觸，僅依賴(lài)光學(xué)激發(fā)與探測(cè)；
▫時(shí)間分辨率覆蓋皮秒到微秒量級(jí)；
▫可結(jié)合顯微系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空間分辨測(cè)量；
▫支持原位、變溫、變激發(fā)強(qiáng)度等多維實(shí)驗(yàn)條件。

典型應(yīng)用領(lǐng)域與洞察
① 鈣鈦礦（如MAPbI₃, FAPbBr₃）
•為何使用TRPL？
鈣鈦礦材料以其載流子壽命長(zhǎng)而著稱(chēng)，但降解、陷阱態(tài)和界面損耗會(huì)顯著縮短其壽命。

•TRPL揭示：
- 復(fù)合動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其輻射復(fù)合與陷阱輔助復(fù)合兩種路徑的相對(duì)貢獻(xiàn)。
- 載流子壽命的變化，可作為衡量鈍化工藝效果的間接指標(biāo)。
- 在環(huán)境或光照誘導(dǎo)降解過(guò)程中復(fù)合機(jī)制的演變——當(dāng)進(jìn)行原位或時(shí)間序列測(cè)量時(shí)。

•示例洞察：
雙指數(shù)衰減揭示了快速陷阱相關(guān)成分（~100 ps）和較慢的帶間衰減（~ ns）。
CIGS太陽(yáng)能電池不同位置的穩(wěn)態(tài)與時(shí)間分辨發(fā)射光譜

使用德國(guó)PicoQuant公司的FluoTime 300熒光光譜儀在560 nm激發(fā)波長(zhǎng)下，于兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)得約1250 nm處的熒光發(fā)射。將物鏡從20倍更換為40倍后，衰減曲線形狀發(fā)生改變且熒光壽命延長(zhǎng)。

②過(guò)渡金屬二硫化物（TMDs，如MoS₂、WS₂）
•為何使用TRPL？
單層及少層過(guò)渡金屬二硫化物具有復(fù)雜的激子動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)環(huán)境敏感性強(qiáng)。

•TRPL揭示：
- 激子與三子的壽命差異。
- 通過(guò)壽命縮短檢測(cè)非輻射淬滅現(xiàn)象，結(jié)合空間或結(jié)構(gòu)分析可揭示其與缺陷或界面效應(yīng)的潛在關(guān)聯(lián)。

•示例洞察：
低溫TRPL實(shí)驗(yàn)揭示了超快中性激子衰減（~數(shù)皮秒）之后存在長(zhǎng)壽命暗激子成分。該特性對(duì)谷電子學(xué)應(yīng)用具有重要價(jià)值。

③量子點(diǎn)（如InP, CdSe, PbS）
•為何使用TRPL？
TRPL可在廣泛的時(shí)間范圍內(nèi)捕獲復(fù)合動(dòng)力學(xué)，有助于區(qū)分內(nèi)在過(guò)程和與表面相關(guān)的過(guò)程。

•TRPL揭示：
- 輻射效率
- 表面陷阱態(tài)
- 閃爍過(guò)程

•示例洞察：
TRPL區(qū)分了表面陷阱介導(dǎo)的非輻射復(fù)合（<20 ns）與穩(wěn)定發(fā)光態(tài)（~100 ns）。這對(duì)QLED應(yīng)用至關(guān)重要。

基于TRPL光譜技術(shù)的像素表征

在FluoTime 300上，通過(guò)FluoMic顯微鏡對(duì)智能手機(jī)顯示屏進(jìn)行觀測(cè)，采用440 nm脈沖激光激發(fā)。測(cè)量了藍(lán)色（460 nm）、綠色（522 nm）和紅色（620 nm）像素的發(fā)射衰減特性。

④III-V 族和 II-VI 族半導(dǎo)體（如GaAs, GaN, ZnO）
•為何使用TRPL？
在GaN LED中，不同激發(fā)強(qiáng)度下的TRPL揭示了載流子飽和效應(yīng)和Auger復(fù)合。

•TRPL揭示：
- 輻射復(fù)合壽命
- 摻雜或合金化的影響
- 異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的界面復(fù)合

•示例洞察：
在GaN LED中，隨激發(fā)強(qiáng)度變化的TRPL現(xiàn)象呈現(xiàn)載流子飽和特性，有助于優(yōu)化注入效率。

TRPL不僅是一種強(qiáng)大的分析工具，更是連接材料基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用的橋梁。無(wú)論是提升太陽(yáng)能電池效率、優(yōu)化量子點(diǎn)發(fā)光性能，還是推動(dòng)二維材料在光電領(lǐng)域的應(yīng)用，TRPL都提供了不可替代的動(dòng)態(tài)視角。選擇TRPL，就是選擇深度理解材料、精準(zhǔn)優(yōu)化性能的科學(xué)路徑。