Catch Key Points of a Paper ~0162~

論文のタイトル: Impact of two diammonium cations on the structure and photophysics of layered Sn-based perovskites（二つのジアンモニウムカチオンが層状Snベースペロブスカイトの構造と光物理学に与える影響）

著者: Eelco K. Tekelenburg, Nawal Aledlbi, Lijun Chen, Graeme R. Blake, Maria A. Loi

雑誌: Journal of Materials Chemistry C

巻: Volume11, 8154-8160

出版年: 2023年

背景

1: 層状金属ハライドペロブスカイトの重要性

光電子デバイスへの応用が期待される新興材料

大きな有機カチオンを収容できる柔軟な結晶構造

構造と光学特性のチューニングが可能

太陽電池やLEDで既に貢献実績あり

2: 研究のギャップ

ジアンモニウムカチオンの利用が増加傾向

Snベースペロブスカイトの結晶構造への理解が不足

カチオンの影響に関する詳細な知見が必要

環境に優しいSnの光学特性の探索が不十分

3: 研究の目的

2種類のジアンモニウムカチオン(OBEとEDBE)の影響を調査

結晶構造と光学特性の関係を解明

Snベースペロブスカイトの構造的柔軟性を探索

薄膜作製プロセスの影響を評価

方法

1: 材料合成と構造解析

Anti-Solvent Vapour Crystallisation法でOBESnI₄とEDBESnI₄を合成

X線回折(XRD)で結晶構造を解析

水素結合の形成を確認

2: 光学特性評価

Kubelka-Munk変換拡散反射スペクトル測定

室温でのフォトルミネッセンス(PL)スペクトル測定

温度依存PLスペクトル測定(4.4 Kまで)

励起強度依存PLスペクトル測定

3: 薄膜作製と評価

ブレードコーティング法で薄膜を作製

70℃と100℃で処理温度を変化

吸収スペクトルとPLスペクトルの測定

共焦点レーザー走査顕微鏡で空間分布を観察

結果

1: 結晶構造の違い

OBESnI₄: 平面状の〈100〉型層状構造

EDBESnI₄: 波打った〈110〉型層状構造

EDBEカチオン間の水素結合が波打ち構造を安定化

2: 光学特性の比較

OBESnI₄: 1.99 eVに吸収ピーク、1.90 eVと1.96 eVにPLピーク

• EDBESnI₄: 2.36 eVに吸収ピーク、1.61 eVに幅広いPLバンド

• EDBESnI₄のストークスシフトは約700 meV

3: 薄膜の特性

70℃処理: 黒色薄膜、単一結晶相

100℃処理: 赤色薄膜、2つの結晶相の混合

処理温度により光学特性が大きく変化

100℃処理で新しい未同定の結晶相が出現

考察

1: 構造と光学特性の関係

カチオンの長さが結晶構造を決定

八面体のSn-I-Sn角度が電子バンド構造に影響

EDBESnI₄の幅広いPLバンドは欠陥に起因する可能性

2: 温度依存性の解釈

OBESnI₄の低エネルギー発光は熱活性化プロセス

EDBESnI₄は低温で複数の発光状態を示す

発光寿命とフルエンス依存性から欠陥由来の発光を示唆

3: 薄膜の相転移

100℃処理で新しい結晶相が出現

可能性のある原因:

  - 八面体の連結性の変化

  - 波打ち構造への転移

動力学的に捕捉された状態の形成

4: 研究の限界点

新しい結晶相の詳細な構造解析が未完了

欠陥の正確な性質と位置の特定が必要

長期的な安定性と素子性能の評価が不足

結論

カチオン間相互作用が層状ペロブスカイトの構造を制御

Snベースペロブスカイトの特異な光学特性を解明

処理温度が薄膜の結晶構造と光学特性に大きく影響

将来の展望

新規相の構造同定

欠陥エンジニアリングによる発光制御

デバイス応用に向けた最適化