Broadband Extrinsic Self‐Trapped Exciton Emission in Sn‐Doped 2D Lead‐Halide Perovskites

激子 材料科学 比克西顿 光电子学 钙钛矿(结构) 三极管 掺杂剂 兴奋剂 半导体 分子物理学 光致发光 化学物理 凝聚态物理 化学 物理 结晶学
作者
Jiancan Yu,Jin-Tao Kong,Wei Hao,Xintong Guo,Huajun He,Wan Ru Leow,Zhiyuan Liu,Pingqiang Cai,Guodong Qian,Shuzhou Li,Xueyuan Chen,Xiaodong Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (7): e1806385-e1806385 被引量:275
标识
DOI:10.1002/adma.201806385
摘要

Abstract As emerging efficient emitters, metal‐halide perovskites offer the intriguing potential to the low‐cost light emitting devices. However, semiconductors generally suffer from severe luminescence quenching due to insufficient confinement of excitons (bound electron–hole pairs). Here, Sn‐triggered extrinsic self‐trapping of excitons in bulk 2D perovskite crystal, PEA 2 PbI 4 (PEA = phenylethylammonium), is reported, where exciton self‐trapping never occurs in its pure state. By creating local potential wells, isoelectronic Sn dopants initiate the localization of excitons, which would further induce the large lattice deformation around the impurities to accommodate the self‐trapped excitons. With such self‐trapped states, the Sn‐doped perovskites generate broadband red‐to‐near‐infrared (NIR) emission at room temperature due to strong exciton–phonon coupling, with a remarkable quantum yield increase from 0.7% to 6.0% (8.6 folds), reaching 42.3% under a 100 mW cm −2 excitation by extrapolation. The quantum yield enhancement stems from substantial higher thermal quench activation energy of self‐trapped excitons than that of free excitons (120 vs 35 meV). It is further revealed that the fast exciton diffusion involves in the initial energy transfer step by transient absorption spectroscopy. This dopant‐induced extrinsic exciton self‐trapping approach paves the way for extending the spectral range of perovskite emitters, and may find emerging application in efficient supercontinuum sources.
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