Time-resolved, pulsed excitation methods are widely used to deduce optoelectronic properties of semiconductors, including now also Halide Perovskites (HaPs), especially transport properties. However, as yet, no evaluation of their amenability and justification for the use of the results for the above-noted purposes has been reported. To check if we can learn from pulsed measurement results about steady-state phototransport properties, we show here that, although pulsed measurements can be useful to extract information on the recombination kinetics of HaPs, great care should be taken. One issue is that no changes in the material are induced during or as a result of the excitation, and another one concerns in how far pulsed excitation-derived data can be used to find relevant steady-state parameters. To answer the latter question, we revisited pulsed excitation and propose a novel way to compare between pulsed and steady state measurements at different excitation intensities. We performed steady-state photoconductivity and ambipolar diffusion length measurements, as well as pulsed time-resolved microwave conductivity and time-resolved photoluminescence measurements as a function of excitation intensity on the same samples of different MAPbI3 thin films, and found good quasi-quantitative agreement between the results, explaining them with a generalized single level recombination model that describes the basic physics of phototransport of HaP absorbers. Moreover, we find the first experimental manifestation of the boundaries between several effective recombination regimes that exist in HaPs, by analyzing their phototransport behavior as a function of excitation intensity.

1.
E. M.
Hutter
,
G. E.
Eperon
,
S. D.
Stranks
, and
T. J.
Savenije
,
J. Phys. Chem. Lett.
6
,
3082
(
2015
).
2.
S. D.
Stranks
,
G. E.
Eperon
,
G.
Grancini
,
C.
Menelaou
,
M. J. P.
Alcocer
,
T.
Leijtens
,
L. M.
Herz
,
A.
Petrozza
, and
H. J.
Snaith
,
Science
342
,
341
(
2013
).
3.
G.
Xing
,
N.
Mathews
,
S.
Sun
,
S. S.
Lim
,
Y. M.
Lam
,
M.
Grätzel
,
S.
Mhaisalkar
, and
T. C.
Sum
,
Science
342
,
344
(
2013
).
4.
C.
Wehrenfennig
,
G. E.
Eperon
,
M. B.
Johnston
,
H. J.
Snaith
, and
L. M.
Herz
,
Adv. Mater.
26
,
1584
(
2014
).
5.
E.
Alarousu
,
A. M.
El-Zohry
,
J.
Yin
,
A. A.
Zhumekenov
,
C.
Yang
,
E.
Alhabshi
,
I.
Gereige
,
A.
AlSaggaf
,
A. V.
Malko
,
O. M.
Bakr
, and
O. F.
Mohammed
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
4386
(
2017
).
6.
Y.
Chen
,
H. T.
Yi
,
X.
Wu
,
R.
Haroldson
,
Y. N.
Gartstein
,
Y. I.
Rodionov
,
K. S.
Tikhonov
,
A.
Zakhidov
,
X.-Y.
Zhu
, and
V.
Podzorov
,
Nat. Commun.
7
,
12253
(
2016
).
7.
R. L.
Milot
,
G. E.
Eperon
,
H. J.
Snaith
,
M. B.
Johnston
, and
L. M.
Herz
,
Adv. Funct. Mater.
25
,
6218
(
2015
).
8.
D. R.
Ceratti
,
Y.
Rakita
,
L.
Cremonesi
,
R.
Tenne
,
V.
Kalchenko
,
M.
Elbaum
,
D.
Oron
,
M. A. C.
Potenza
,
G.
Hodes
, and
D.
Cahen
,
Adv. Mater.
30
,
1706273
(
2018
).
9.
D. W.
deQuilettes
,
W.
Zhang
,
V. M.
Burlakov
,
D. J.
Graham
,
T.
Leijtens
,
A.
Osherov
,
V.
Bulović
,
H. J.
Snaith
,
D. S.
Ginger
, and
S. D.
Stranks
,
Nat. Commun.
7
,
11683
(
2016
).
10.
X.
Wu
,
L. Z.
Tan
,
X.
Shen
,
T.
Hu
,
K.
Miyata
,
M. T.
Trinh
,
R.
Li
,
R.
Coffee
,
S.
Liu
,
D. A.
Egger
,
I.
Makasyuk
,
Q.
Zheng
,
A.
Fry
,
J. S.
Robinson
,
M. D.
Smith
,
B.
Guzelturk
,
H. I.
Karunadasa
,
X.
Wang
,
X.
Zhu
,
L.
Kronik
,
A. M.
Rappe
, and
A. M.
Lindenberg
,
Sci. Adv.
3
,
e1602388
(
2017
).
11.
X.
Wu
,
H.
Yu
,
L.
Li
,
F.
Wang
,
H.
Xu
, and
N.
Zhao
,
J. Phys. Chem. C
119
,
1253
(
2015
).
12.
D. J.
Slotcavage
,
H. I.
Karunadasa
, and
M. D.
McGehee
,
ACS Energy Lett.
1
,
1199
(
2016
).
13.
E.
Mosconi
,
D.
Meggiolaro
,
H. J.
Snaith
,
S. D.
Stranks
, and
F.
De Angelis
,
Energy Environ. Sci.
9
,
3180
(
2016
).
14.
E. T.
Hoke
,
D. J.
Slotcavage
,
E. R.
Dohner
,
A. R.
Bowring
,
H. I.
Karunadasa
, and
M. D.
McGehee
,
Chem. Sci.
6
,
613
(
2015
).
15.
T. A.
Berhe
,
J.-H.
Cheng
,
W.-N.
Su
,
C.-J.
Pan
,
M.-C.
Tsai
,
H.-M.
Chen
,
Z.
Yang
,
H.
Tan
,
C.-H.
Chen
,
M.-H.
Yeh
,
A. G.
Tamirat
,
S.-F.
Huang
,
L.-Y.
Chen
,
J.-F.
Lee
,
Y.-F.
Liao
,
E. H.
Sargent
,
H.
Dai
, and
B.-J.
Hwang
,
J. Mater. Chem. A
5
,
21002
(
2017
).
16.
R. K.
Ahrenkiel
,
Solid State Electron.
35
,
239
(
1992
).
17.
M. C.
Nuss
and
J.
Orenstein
, in
Millimeter and Submillimeter Wave Spectroscopy of Solids
(
Springer
,
Berlin, Heidelberg
,
1998
), pp.
7
50
.
18.
K. S.
Haber
and
A. C.
Albrecht
,
J. Phys. Chem.
88
,
6025
(
1984
).
19.
T. J.
Savenije
,
C. S.
Ponseca
,
L.
Kunneman
,
M.
Abdellah
,
K.
Zheng
,
Y.
Tian
,
Q.
Zhu
,
S. E.
Canton
,
I. G.
Scheblykin
,
T.
Pullerits
,
A.
Yartsev
, and
V.
Sundström
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
2189
(
2014
).
20.
E.
Edri
,
S.
Kirmayer
,
A.
Henning
,
S.
Mukhopadhyay
,
K.
Gartsman
,
Y.
Rosenwaks
,
G.
Hodes
, and
D.
Cahen
,
Nano Lett.
14
,
1000
(
2014
).
21.
D.
Ritter
,
E.
Zeldov
, and
K.
Weiser
,
Appl. Phys. Lett.
49
,
791
(
1986
).
22.
I.
Levine
,
S.
Gupta
,
T. M.
Brenner
,
D.
Azulay
,
O.
Millo
,
G.
Hodes
,
D.
Cahen
, and
I.
Balberg
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
5219
(
2016
).
23.
O. E.
Semonin
,
G. A.
Elbaz
,
D. B.
Straus
,
T. D.
Hull
,
D. W.
Paley
,
A. M.
van der Zande
,
J. C.
Hone
,
I.
Kymissis
,
C. R.
Kagan
,
X.
Roy
, and
J. S.
Owen
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
3510
(
2016
).
25.
F.
Staub
,
H.
Hempel
,
J.-C.
Hebig
,
J.
Mock
,
U. W.
Paetzold
,
U.
Rau
,
T.
Unold
, and
T.
Kirchartz
,
Phys. Rev. Appl.
6
,
44017
(
2016
).
26.
D.
Shi
,
V.
Adinolfi
,
R.
Comin
,
M.
Yuan
,
E.
Alarousu
,
A.
Buin
,
Y.
Chen
,
S.
Hoogland
,
A.
Rothenberger
,
K.
Katsiev
,
Y.
Losovyj
,
X.
Zhang
,
P. A.
Dowben
,
O. F.
Mohammed
,
E. H.
Sargent
, and
O. M.
Bakr
,
Science
347
,
519
(
2015
).
27.
N.
Ahn
,
D.-Y.
Son
,
I.-H.
Jang
,
S. M.
Kang
,
M.
Choi
, and
N.-G.
Park
,
J. Am. Chem. Soc.
137
,
8696
(
2015
).
28.
R. H.
Bube
,
Photoelectronic Properties of Semiconductors
(
Cambridge University Press
,
1992
).
29.
A.
Rose
,
Concepts in Photoconductivity and Allied Problems
(
Interscience
,
New York
,
1963
).
30.
H. T.
Yi
,
P.
Irkhin
,
P. P.
Joshi
,
Y. N.
Gartstein
,
X.
Zhu
, and
V.
Podzorov
, “Experimental demonstration of correlated flux scaling in photoconductivity and photoluminescence of lead-halide perovskites,” arXiv:1804.00074 (
2018
).
31.
N.
Kedem
,
T. M.
Brenner
,
M.
Kulbak
,
N.
Schaefer
,
S.
Levcenko
,
I.
Levine
,
D.
Abou-Ras
,
G.
Hodes
, and
D.
Cahen
,
J. Phys. Chem. Lett.
6
,
2469
(
2015
).
32.
M. B.
Johnston
and
L. M.
Herz
,
Acc. Chem. Res.
49
,
146
(
2016
).
34.
R. J.
Stoddard
,
F. T.
Eickemeyer
,
J. K.
Katahara
, and
H. W.
Hillhouse
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
3289
(
2017
).
35.
D.
Song
,
P.
Cui
,
T.
Wang
,
D.
Wei
,
M.
Li
,
F.
Cao
,
X.
Yue
,
P.
Fu
,
Y.
Li
,
Y.
He
,
B.
Jiang
, and
M.
Trevor
,
J. Phys. Chem. C
119
,
22812
(
2015
).
36.
R.
Brenes
,
D.
Guo
,
A.
Osherov
,
N. K.
Noel
,
C.
Eames
,
E. M.
Hutter
,
S. K.
Pathak
,
F.
Niroui
,
R. H.
Friend
,
M. S.
Islam
,
H. J.
Snaith
,
V.
Bulović
,
T. J.
Savenije
, and
S. D.
Stranks
,
Joule
1
,
155
(
2017
).
37.
K.
Sveinbjörnsson
,
K.
Aitola
,
X.
Zhang
,
M.
Pazoki
,
A.
Hagfeldt
,
G.
Boschloo
, and
E. M. J.
Johansson
,
J. Phys. Chem. Lett.
6
,
4259
(
2015
).
38.
K.
Domanski
,
W.
Tress
,
T.
Moehl
,
M.
Saliba
,
M. K.
Nazeeruddin
, and
M.
Grätzel
,
Adv. Funct. Mater.
25
,
6936
(
2015
).
39.
C.
Momblona
,
L.
Gil-Escrig
,
E.
Bandiello
,
E. M.
Hutter
,
M.
Sessolo
,
K.
Lederer
,
J.
Blochwitz-Nimoth
, and
H. J.
Bolink
,
Energy Environ. Sci.
9
,
3456
(
2016
).
40.
Q.
Han
,
Y.
Bai
,
J.
Liu
,
K.
Du
,
T.
Li
,
D.
Ji
,
Y.
Zhou
,
C.
Cao
,
D.
Shin
,
J.
Ding
,
A. D.
Franklin
,
J. T.
Glass
,
J.
Hu
,
M. J.
Therien
,
J.
Liu
, and
D. B.
Mitzi
,
Energy Environ. Sci.
10
,
2365
(
2017
).
41.
S. S.
Lim
,
W. K.
Chong
,
A.
Solanki
,
H. A.
Dewi
,
S.
Mhaisalkar
,
N.
Mathews
, and
T. C.
Sum
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
18
,
27119
(
2016
).
42.
U.
Kwon
,
M. M.
Hasan
,
W.
Yin
,
D.
Kim
,
N. Y.
Ha
,
S.
Lee
,
T. K.
Ahn
,
H. J.
Park
, and
H. J.
Park
,
Sci. Rep.
6
,
35994
(
2016
).
43.
C.
Li
,
Q.
Guo
,
W.
Qiao
,
Q.
Chen
,
S.
Ma
,
X.
Pan
,
F.
Wang
,
J.
Yao
,
C.
Zhang
,
M.
Xiao
,
S.
Dai
, and
Z.
Tan
,
Org. Electron.
33
,
194
(
2016
).
44.
M.
Ettenberg
,
H.
Kressel
, and
S. L.
Gilbert
,
J. Appl. Phys.
44
,
827
(
1973
).
45.
R. K.
Ahrenkiel
,
D. J.
Dunlavy
, and
T.
Hanak
,
J. Appl. Phys.
64
,
1916
(
1988
).
46.
B.
Ohnesorge
,
R.
Weigand
,
G.
Bacher
,
A.
Forchel
,
W.
Riedl
, and
F. H.
Karg
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
1224
(
1998
).
47.
T.
Sakurai
,
K.
Taguchi
,
M. M.
Islam
,
S.
Ishizuka
,
A.
Yamada
,
K.
Matsubara
,
S.
Niki
, and
K.
Akimoto
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
50
,
05FC01
(
2011
).
48.
B. M.
Keyes
,
P.
Dippo
,
W. K.
Metzger
,
J.
Abushama
, and
R.
Noufi
,
J. Appl. Phys.
94
,
5584
(
2003
).
49.
W. K.
Metzger
,
D.
Albin
,
D.
Levi
,
P.
Sheldon
,
X.
Li
,
B. M.
Keyes
, and
R. K.
Ahrenkiel
,
J. Appl. Phys.
94
,
3549
(
2003
).
50.
The Geq value
for the TRPL measurement of e-MAPI samples is (1.6 × 1015 1/cm3)/10 ns = 1.7 × 1023 1/cm3 s, roughly 1.5 orders of magnitudes higher than for the steady-state measurements.
51.
C. J.
Hages
,
A.
Redinger
,
S.
Levcenko
,
H.
Hempel
,
M. J.
Koeper
,
R.
Agrawal
,
D.
Greiner
,
C. A.
Kaufmann
, and
T.
Unold
,
Adv. Energy Mater.
7
,
1700167
(
2017
).
52.
H.
Tahara
,
T.
Aharen
,
A.
Wakamiya
, and
Y.
Kanemitsu
,
Adv. Opt. Mater.
6
,
1701366
(
2018
).
53.
Z.
Xiao
,
Q.
Dong
,
C.
Bi
,
Y.
Shao
,
Y.
Yuan
, and
J.
Huang
,
Adv. Mater.
26
,
6503
(
2014
).
54.
W.
Nie
,
H.
Tsai
,
R.
Asadpour
,
J.-C.
Blancon
,
A. J.
Neukirch
,
G.
Gupta
,
J. J.
Crochet
,
M.
Chhowalla
,
S.
Tretiak
,
M. A.
Alam
,
H.-L.
Wang
, and
A. D.
Mohite
,
Science
347
,
522
(
2015
).
55.
D. W.
deQuilettes
,
S. M.
Vorpahl
,
S. D.
Stranks
,
H.
Nagaoka
,
G. E.
Eperon
,
M. E.
Ziffer
,
H. J.
Snaith
, and
D. S.
Ginger
,
Science
348
,
683
(
2015
).
56.
T.
Jesper Jacobsson
,
J.-P.
Correa-Baena
,
E.
Halvani Anaraki
,
B.
Philippe
,
S. D.
Stranks
,
M. E. F.
Bouduban
,
W.
Tress
,
K.
Schenk
,
J.-E.
Moser
,
k
Rensmo
, and
A.
Hagfeldt
, (n.d.).
57.
D.
Bi
,
W.
Tress
,
M. I.
Dar
,
P.
Gao
,
J.
Luo
,
C.
Renevier
,
K.
Schenk
,
A.
Abate
,
F.
Giordano
,
J.-P.
Correa Baena
,
J.-D.
Decoppet
,
S. M.
Zakeeruddin
,
M. K.
Nazeeruddin
,
M.
Grätzel
, and
A.
Hagfeldt
,
Sci. Adv.
2
,
e1501170
(
2016
).
58.
K.
Misiakos
and
F. A.
Lindholm
,
J. Appl. Phys.
64
,
383
(
1988
).
59.
I.
Balberg
,
D.
Albin
, and
R.
Noufi
,
Appl. Phys. Lett.
58
,
140
(
1991
).
60.
I.
Balberg
, “
The Photocarrier Grating and Its Applications in the Study of A-Si:H Materials and Devices
” (
Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
,
1992
), Vol. 258, p.
693
.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.