Triiodide-Induced Band-Edge Reconstruction of a Lead-Free Perovskite-Derivative Hybrid for Strong Light Absorption

三碘化物 钙钛矿(结构) 材料科学 带隙 光电子学 布里渊区 密度泛函理论 化学物理 凝聚态物理 化学 结晶学 计算化学 物理化学 物理 电解质 色素敏化染料 电极
作者
Weichuan Zhang,Xitao Liu,Lina Li,Zhihua Sun,Shiguo Han,Zhenyue Wu,Junhua Luo
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:30 (12): 4081-4088 被引量:64
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.8b01200
摘要

Bismuth-based hybrid perovskites have recently attracted great attention for their environmentally friendly processing, chemical stability, and photoresponsive properties. However, most of the known lead-free hybrids show wide band gaps (E g > 1.9 eV) that afford weak visible-light absorption. Here, we show a newly conceptual design strategy of intercalating triiodide to decrease the prototypic band gap by ca. ∼0.44 eV. A new hybrid semiconducting material of (4-methylpiperidinium) 4 I 3 BiI 6 (MP-T-BiI 6 ), adopting the zerodimensional (0D) perovskite-like framework, was reconstructed from its prototype of (4-methylpiperidinium) 3 Bi 2 I 9 (MP-Bi 2 I 9 ). It is noteworthy that MP-T-BiI 6 has a narrow band gap of 1.58 eV, almost comparable to that of CH 3 NH 3 PbI 3 (∼1.5 eV), which reveals its potential as the highly efficient light absorber. Importantly, its semiconducting properties were solidly confirmed by notable hole mobility (∼12.8 cm 2 V -1 s -1 ), charge-trap density (∼1.13 × 10 10 cm -3 ), and photoconductive behaviors. Moreover, theoretical calculations further disclose that the I-5p orbitals of triiodide induce the band-edge reconstruction and behave as a new conduction-band minimum at the Brillouin zone center. This work paves a potential pathway for the large and diverse family of lead-free hybrids to compete with lead absorbers.
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