Tuning Self‐Trapped Exciton States via Trivalent‐Metal Alloying in Lead‐Free 2D Double‐Perovskites

响应度 激子 声子 材料科学 光电探测器 钙钛矿(结构) 光电子学 密度泛函理论 凝聚态物理 联轴节(管道) 量子效率 金属 化学 结晶学 物理 计算化学 冶金
作者
Bin Yang,Tianxin Bai,Junsheng Chen,Xiaochen Wang,Zhe Tang,Yin Hang,Donghui Wei,Songqiu Yang,Keli Han
出处
期刊:Laser & Photonics Reviews [Wiley]
卷期号:16 (10) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/lpor.202100475
摘要

Abstract Strong carrier‐phonon coupling‐induced self‐trapped excitons (STEs) limit the application of 2D double‐perovskites in optoelectronic devices because the separation and collection of the highly localized STEs are challenging. In this study, antimony (Sb) is incorporated into (BA) 4 AgBiBr 8 (BA = CH 3 (CH 2 ) 3 NH 3 + ) to form (BA) 4 AgSb x Bi 1‐ x Br 8 (0 ≤ x ≤ 1) trivalent‐metal alloyed 2D double‐perovskites. It is found that introducing Sb into the (BA) 4 AgBiBr 8 2D double‐perovskite will decrease the carrier‐phonon coupling strength and change STEs from “dark” states to “bright” states at room temperature. Combining detailed spectroscopic analysis with density functional theory calculation, it is concluded that STEs localized at [SbBr 6 ] octahedron in (BA) 4 AgSb x Bi 1‐ x Br 8 give the broadband bright emission. The “bright” STEs with moderate carrier‐phonon coupling opens the possibility to efficiently separate and collect charge‐carriers in (BA) 4 AgSbBr 8 2D double‐perovskites. Photodetectors based on (BA) 4 AgSbBr 8 crystals are further fabricated. The photodetectors exhibit high responsivity up to 1368 A W −1 and an external quantum efficiency of 4.7 × 10 5 . These figures are over three times higher than that in (BA) 4 AgBiBr 8 ‐based photodetectors. This study provides a unique strategy for developing high‐performance optoelectronic devices based on STEs.

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