Unveiling Double A-Site Cation Perovskite-Inspired Materials: From 0D-Cs3Bi2I9 to 2D-Cs2AgBi2I9 with Enhanced Charge Transport

钙钛矿(结构) 带隙 离域电子 光致发光 电子结构 材料科学 激子 化学 结晶学 光电子学 凝聚态物理 计算化学 物理 有机化学
作者
Mozakkar Hossain,K. Anand Singh,Ankita Narwal,Md Sariful Sheikh,Sandeep K. Reddy,Kiran Vankayala,Asha Singh,Saleem Khan,Salahuddin Khan,Praveen Kumar Velpula,Manohar Chirumamilla,Sharma S. R. K. C. Yamijala,G. Krishnamurthy Grandhi,Paola Vivo,K. D. M. Rao
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.4c01045
摘要

Bismuth-based halideperovskite-inspired materials (PIMs) are gaining increasing attention as sustainable and stable alternatives to lead halide perovskites. However, many PIMs have wide band gaps (≥2 eV) and low electronic dimensionality, limiting their utility in optoelectronic applications. In this study, we introduce Cs2AgBi2I9, a two-dimensional perovskite-inspired absorber achieved through partial substitution of Cs+ with Ag+ at the A-site of Cs3Bi2I9. Single-crystal X-ray diffraction analysis reveals that silver atoms occupy the edge sites in the hexagonal lattice, resulting in contracted lattice parameters compared to the parent Cs3Bi2I9. The double A-cation substitution promotes orbital overlap between Ag 5s and I 6p orbitals, leading to a narrower band gap of 1.72 eV and a delocalized electronic structure in Cs2AgBi2I9. Consequently, the 2D-PIM exhibits a three-orders-of-magnitude lower electrical resistivity and an exceptional carrier mobility-lifetime product (μτ) of 3.4 × 10–3 cm2 V–1, representing the highest among solution-processed Bi-PIMs. Furthermore, low-temperature photoluminescence measurements indicate weak electron–phonon coupling, while transient absorption spectroscopy reveals extended hot-carrier lifetimes, suggesting efficient exciton transport in Cs2AgBi2I9. Utilizing these exceptional charge transport properties, Cs2AgBi2I9 photodetectors show a remarkable broad spectral response. This work demonstrates the potential of a double A-site cation engineering strategy to develop low-toxicity PIMs with precisely tailored structural and optoelectronic properties.
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