journal article·2021Open access

Surface band bending and carrier dynamics in colloidal quantum dot solids

Pip C. J. Clark, Nathan K. Lewis, Jack Chun-Ren Ke, Ruben Ahumada-Lazo, Qian Chen, Darren C. J. Neo, E. Ashley Gaulding, Gregory F. Pach, Igor Pis, Mathieu G. Silly, Wendy R. Flavell

Nanoscale· Volume 13· Issue 42

Abstract

Band bending in colloidal quantum dot (CQD) solids has become important in driving charge carriers through devices. This is typically a result of band alignments at junctions in the device. Whether band bending is intrinsic to CQD solids, i.e. is band bending present at the surface-vacuum interface, has previously been unanswered. Here we use photoemission surface photovoltage measurements to show that depletion regions are present at the surface of n and p-type CQD solids with various ligand treatments (EDT, MPA, PbI2, MAI/PbI2). Using laser-pump photoemission-probe time-resolved measurements, we show that the timescale of carrier dynamics in the surface of CQD solids can vary over at least 6 orders of magnitude, with the fastest dynamics on the order of microseconds in PbS-MAI/PbI2 solids and on the order of seconds for PbS-MPA and PbS-PbI2. By investigating the surface chemistry of the solids, we find a correlation between the carrier dynamics timescales and the presence of oxygen contaminants, which we suggest are responsible for the slower dynamics due to deep trap formation.
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Research context

OpenAlex topics: Quantum Dots Synthesis And Properties · Chalcogenide Semiconductor Thin Films · Perovskite Materials and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Physics and Astronomy and the Photon Science Institute, The University of Manchester, Manchester M13 9PL, UK

Department of Materials, The University of Manchester, Manchester M13 9PL, UK

Department of Chemistry, University of California, Irvine, Irvine, California 92697, USA

National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO 80401, USA

Laboratorio TASC, IOM CNR, S.S. 14 km 163.5, 34149 Basovizza, Trieste, Italy

Elettra-Sincrotrone Trieste S.C.p.A., S. S. 14 Km 163.5, 34149 Basovizza, Trieste, Italy

Synchrotron SOLEIL, BP 48, Saint-Aubin, F91192 Gif sur Yvette CEDEX, France

Funding

Laboratory Directed Research and Development · National Renewable Energy Laboratory · Engineering and Physical Sciences Research Council

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