2021 Adv. Mater.: 2D Cs2Pb(SCN)2Br2 鈣鈦礦單晶如何達成最低值 160 meV ?
Advanced Materials (IF 30.849) 於2021年12月刊登一項澳洲雪梨大學 Anita W. Y. Ho-Baillie 與臺灣大學 Chu-Chen Chueh 等人的研究，報導了第一個無機陽離子偽鹵化物二維 Cs2Pb(SCN)2Br2 鈣鈦礦單晶。基於 Ruddlesden-Popper (RP) 結構的各種層狀鹵化鉛鈣鈦礦已被開發出來，通式為 An+1BnX3n+1 (n = 1, 2, …)。特別是對於 A 位取代的 RP 型鈣鈦礦而言，大多由層狀鈣鈦礦和具有長絕緣鏈的有機間隔物組成，而目前研究中僅有少量層狀 X 位點取代的二維 (2D) RP 型鈣鈦礦。
在此研究中，研究團隊報告了第一個無機陽離子偽鹵化物二維相鈣鈦礦單晶 Cs2Pb(SCN)2Br2。透過反溶劑蒸汽輔助結晶 (AVC) 方法合成，Cs2Pb(SCN)2Br2 於 Pmmn (#59) 空間群中，展現出標準的單層 (n = 1) Ruddlesden-Popper 結構，且在鈣鈦礦片之間的分離度小 (d = 1.69 Å)。使用光焱科技 PD-RS 光傳感器頻率響應特性分析儀檢測，在 405 nm (2.72 W/cm2) 雷射光下，雷射光的上升時間和衰減時間均小於 5 ns。並由數據採集裝置以 50 μs 的時間分辨率放大採集偏壓下的光生電流。
研究團隊發現 SCN–陰離子將 2D Pb(SCN)2Br2 骨架略微彎曲成風箏形八面體，同時限制了準 2D 鈣鈦礦結構的形成 (n > 1)。令人驚訝的是，這種 2D 單晶在 450 K 下展現出 3D CsPbBr3 (Pm3m #221) 的可逆一級相變。透過光致發光 (PL) 儀器檢測，Cs2Pb(SCN)2Br2 單晶表現出 160 meV 的激子束縛能，是 2D 鈣鈦礦 (n = 1) 報告的最低值之一，相當於準 2D RP 相鈣鈦礦的束縛能。研究結果證明，在 0.5 V 的低偏置電壓下，Cs2Pb(SCN)2Br2 單晶的光電探測器具有 8.46 mA W-1 的響應度和 ~1.2 x 1010 Jones 的探測率。
二維鈣鈦礦單晶光電探測器的性能比較。
推薦儀器：PD-RS 半導體材料光傳感器頻率響應特性分析儀
關鍵字：Cs2Pb(SCN)2Br2、鈣鈦礦、Perovskite、鈣鈦礦單晶、Perovskite Single Crystal、光傳感器、Photodetector、光感測器、光偵測器
