Understanding the Instability of the Halide Perovskite CsPbI3 through Temperature‐Dependent Structural Analysis

钙钛矿(结构) 卤化物 八面体 材料科学 不稳定性 衍射 单晶 相(物质) 晶体结构 化学物理 结晶学 无机化学 物理 光学 化学 量子力学 机械
作者
Daniel B. Straus,Shu Guo,Milinda Abeykoon,R. J. Cava
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (32) 被引量:146
标识
DOI:10.1002/adma.202001069
摘要

Despite the tremendous interest in halide perovskite solar cells, the structural reasons that cause the all-inorganic perovskite CsPbI3 to be unstable at room temperature remain mysterious, especially since many tolerance-factor-based approaches predict CsPbI3 should be stable as a perovskite. Here single-crystal X-ray diffraction and X-ray pair distribution function (PDF) measurements characterize bulk perovskite CsPbI3 from 100 to 295 K to elucidate its thermodynamic instability. While Cs occupies a single site from 100 to 150 K, it splits between two sites from 175 to 295 K with the second site having a lower effective coordination number, which, along with other structural parameters, suggests that Cs rattles in its coordination polyhedron. PDF measurements reveal that on the length scale of the unit cell, the PbI octahedra concurrently become greatly distorted, with one of the IPbI angles approaching 82° compared to the ideal 90°. The rattling of Cs, low number of CsI contacts, and high degree of octahedral distortion cause the instability of perovskite-phase CsPbI3. These results reveal the limitations of tolerance factors in predicting perovskite stability and provide detailed structural information that suggests methods to engineer stable CsPbI3 -based solar cells.
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