The origin of broadband blue emission in zero-dimensional organic lead iodine perovskites: A first-principles study

激子 发光 钙钛矿(结构) 激发态 化学物理 电子结构 化学 价(化学) 材料科学 凝聚态物理 光电子学 原子物理学 物理 计算化学 结晶学 有机化学
作者
Jieyao Tan,Xingxing Jiang,Dongyu Liu,Ahmad Ostovari Moghaddam,V. S. Stolyarov,Shifang Xiao,Andrey S. Vasenko
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:161 (14)
标识
DOI:10.1063/5.0231090
摘要

Broadband blue emission in zero-dimensional perovskites has received considerable attention, which is very important for the realization of stable blue-light emitters; however, the underlying formation mechanism remains unclear. Based on first-principles calculations, we have systematically studied the self-trapped excitons (STEs) behavior and luminescence properties in 0D-(DMA)4PbI6 perovskite. Our calculations show that there is a significant difference between the intrinsic STE luminescence mechanism (∼2.51 eV) and experimental observations (∼2.70 eV). In contrast, we found that the iodine vacancy (VI) is energetically accessible and exhibits a shallow charge transition level at ∼2.69 eV (0/+1) above the valence band maximum, which provides the initial local well for the STEs formation. Moreover, the low electronic dimension synergistic Jahn–Teller distortion facilitates the formation of extrinsic excitons self-trapping. Further excited state electronic structure analysis and configuration coordinate diagram calculations confirmed that the broadband blue emission in 0D-(DMA)4PbI6 is the origin of VI-induced extrinsic STEs instead of intrinsic STEs. Therefore, our simulation results rationalize the experimental phenomena and provide important insights into the formation mechanism of STEs in low-dimensional perovskite systems.
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