2Dハリドペロフスキットの大きなケージカチオンによる負圧工学は,格子軟化を引き起こす

Xiaotong Li¹, Yongping Fu¹, Laurent Pedesseau²

¹Department of Chemistry, Northwestern University, 2145 Sheridan Road, Evanston, Illinois 60208, United States.

Journal of the American Chemical Society

|June 4, 2020

まとめ

2Dペロブスキットのより大きなAサイトカチオンは,Pb-I結合と光学バンドギャップを変更してゴールドシュミット耐性因子を拡張します. このチューニングは光電子特性に影響を与え,半導体研究のための新しい道を開きます.

科学分野:

材料科学
固体化学
光電子機器

背景:

有機無機ハイブリッドペロブスキットは調節可能な半導体です.
3Dペロブスキート (AMX3) の選択は幾何学的な制約によって制限される.
2Dペロブスキットは,A-サイトカチオン選択の柔軟性を提供し,構造-特性関係の研究を可能にします.

研究の目的:

2Dペロブスキット ((BA) 2 (A) Pb2I7) のAサイトカトンの大きさの変化が構造的および光電子的性質にどのように影響するかを調査する.
2次元ペロブスキートシステムにおける幾何学的な制約の緩和を研究する.
ペロブスキートケージの体積と光電子的振る舞いを調節するA位カチオンの役割を理解する.

主な方法:

シングルクリスタル (BA) 2 (A) Pb2I7ペロブスキットの合成で,A =メチラモニウム (MA),フォルマミドニウム (FA),ジメチラモニウム (DMA),またはグアニジニウム (GA).
単結晶X線微分法で結晶構造と空間群 (Cmcm,Ccmb) を決定する.
光学スペクトル検定,密度関数理論 (DFT) 計算,および構造および電子特性を分析するラーマンスペクトル検定.
光発光分解のメカニズムを調査するための一時的吸収顕微鏡

主要な成果:

より大きなAサイトカチオン (MA,FA,GA,DMA) が2Dペロブスキート構造に組み込まれました.
カチオンの大きさの増加は,Pb-I結合の延長とペロブスキートケージの膨張 ("負圧") を引き起こした.
Pb-I結合の延長は,軌道重複を減らすことで光学帯域のギャップを増加させ,Pb-I-Pbの傾きは小さな役割を果たした.
格子軟化と光発光強度/寿命の低下は,より大きなカチオンで観察され,非放射性崩壊の増加を示した.

結論:

ゴールドシュミット耐性因子の制限は,より大きなA位カチオンを組み込むことによって,2Dペロブスキットで緩和することができます.
A-サイトカチオンサイズは,2Dペロブスキットの構造と光電子特性を調整するための重要なパラメータです.
これらの発見は,光電子アプリケーションの2Dペロブスキート性能のさらなる制御を可能にします.

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