Three-Dimensional Lead Iodide Perovskitoid Hybrids with High X-ray Photoresponse

化学 带隙 钙钛矿(结构) 半导体 位阻效应 指示 碘化物 谱线 拉曼光谱 光电流 载流子寿命 结晶学 光电子学 电子迁移率 直接和间接带隙 化学物理 光化学 分子物理学 密度泛函理论 电子结构 电子能带结构 能量转换效率 有机半导体 分子振动 光激发 单斜晶系 光电导性 计算化学 共发射极 溴化物 各向异性
作者
Xiaotong Li,Yihui He,Mikaël Képénékian,Peijun Guo,Weijun Ke,Jacky Even,Claudine Katan,Constantinos C. Stoumpos,Richard D. Schaller,Mercouri G. Kanatzidis
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (14): 6625-6637 被引量:132
标识
DOI:10.1021/jacs.0c00101
摘要

Large organic A cations cannot stabilize the 3D perovskite AMX3 structure because they cannot be accommodated in the cubo-octhedral cage (do not follow the Goldschmidt tolerance factor rule), and they generally template low-dimensional structures. Here we report that the large dication aminomethylpyridinium (AMPY) can template novel 3D structures which resemble conventional perovskites. They have the formula (xAMPY)M2I6 (x = 3 or 4, M = Sn2+ or Pb2+) which is double of the AMX3 formula. However, because of the steric requirement of the Goldschmidt tolerance factor rule, it is impossible for (xAMPY)M2I6 to form proper perovskite structures. Instead, a combination of corner-sharing and edge-sharing connectivity is adopted in these compounds leading to the new 3D structures. DFT calculations reveal that the compounds are indirect band gap semiconductors with direct band gaps presenting at slightly higher energies and dispersive electronic bands. The indirect band gaps of the Sn and Pb compounds are ∼1.7 and 2.0 eV, respectively, which is slightly higher than the corresponding AMI3 3D perovskites. The Raman spectra for the compounds are diffuse, with a broad rising central peak at very low frequencies around 0 cm-1, a feature that is characteristic of dynamical lattices, high anharmonicity, and dissipative vibrations very similar to the 3D AMX3 perovskites. Devices of (3AMPY)Pb2I6 crystals exhibit clear photoresponse under ambient light without applied bias, reflecting a high carrier mobility (μ) and long carrier lifetime (τ). The devices also exhibit sizable X-ray generated photocurrent with a high μτ product of ∼1.2 × 10-4 cm2 /V and an X-ray sensitivity of 207 μC·Gy-1·cm-2.
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