2021 Adv. Mater.: 2D Cs2Pb(SCN)2Br2 钙钛矿单晶如何达成最低值 160 meV ?

  Advanced Materials (IF 30.849) 于2021年12月刊登一项澳洲悉尼大学 Anita W. Y. Ho-Baillie 与台湾大学 Chu-Chen Chueh 等人的研究,报导了第一个无机阳离子伪卤化物二维 Cs2Pb(SCN)2Br2 钙钛矿单晶。基于 Ruddlesden-Popper (RP) 结构的各种层状卤化铅钙钛矿已被开发出来,通式为 An+1BnX3n+1 (n = 1, 2, …)。特别是对于 A 位取代的 RP 型钙钛矿而言,大多由层状钙钛矿和具有长绝缘链的有机间隔物组成,而目前研究中仅有少量层状 X 位点取代的二维 (2D) RP 型钙钛矿。

  在此研究中,研究团队报告了第一个无机阳离子伪卤化物二维相钙钛矿单晶 Cs2Pb(SCN)2Br2透过反溶剂蒸汽辅助结晶 (AVC) 方法合成,Cs2Pb(SCN)2Br2Pmmn (#59) 空间群中,展现出标准的单层 (n = 1) Ruddlesden-Popper 结构,且在钙钛矿片之间的分离度小 (d = 1.69 Å)。使用光焱科技 PD-RS 光传感器频率响应特性分析仪检测,在 405 nm (2.72 W/cm2) 激光下,激光的上升时间和衰减时间均小于 5 ns。并由数据采集装置以 50 μs 的时间分辨率放大采集偏压下的光生电流。

Perovskite Cs2Pb(SCN)2Br2 crystal structure
单晶 XRD 产生的 Cs2Pb(SCN)2Br2 晶体结构 (沿 [010] 方向)。

  研究团队发现 SCN–阴离子将 2D Pb(SCN)2Br2 骨架略微弯曲成风筝形八面体,同时限制了准 2D 钙钛矿结构的形成 (n > 1)。令人惊讶的是,这种 2D 单晶在 450 K 下展现出 3D CsPbBr3 (Pm3m #221) 的可逆一级相变。透过光致发光 (PL) 仪器检测,Cs2Pb(SCN)2Br2 单晶表现出 160 meV 的激子结合能2D 钙钛矿 (n = 1) 报告的最低值之一,相当于准 2D RP 相钙钛矿的结合能。研究结果证明,在 0.5 V 的低偏置电压下,Cs2Pb(SCN)2Br2 单晶的光电探测器具有 8.46 mA W-1 的响应度和 ~1.2 x 1010 Jones 的探测率。

Perovskite Photodetector Photocurrent Response time
在 Vb = 1.0 V 时,器件响应的时间为上升 2.2 ms,下降为 2.1 ms。
2D perovskite photodetector Performance comparison

二维钙钛矿单晶光电探测器的性能比较。

推荐仪器:PD-RS 半导体材料光传感器频率响应特性分析仪

关键词:Cs2Pb(SCN)2Br2、钙钛矿、Perovskite、钙钛矿单晶、Perovskite Single Crystal、光传感器、Photodetector、光侦测器

原文:https://doi.org/10.1002/adma.202104782

推荐仪器

Photodetector/Photodiode/Photoreciever Frequency Response Tester

PD-RS 半导体材料光传感器频率响应特性分析仪

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