First‐Principles Calculation Design for 2D Perovskite to Suppress Ion Migration for High‐Performance X‐ray Detection

光电流 离子 材料科学 钙钛矿(结构) 结晶学 热稳定性 Atom(片上系统) 密度泛函理论 光电子学 化学物理 计算化学 化学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Bobo Zhang,Zhuo Xu,Chuang Ma,Haojin Li,Yucheng Liu,Lili Gao,Jing Zhang,Jiaxue You,Shengzhong Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (15) 被引量:112
标识
DOI:10.1002/adfm.202110392
摘要

Abstract Ion migration is a key root‐cause of photocurrent instability in perovskite X‐ray detectors. Although 2D perovskite single crystal (PSC) is a good candidate to suppress ion migration compared with its 3D counterpart, its intrinsic stability still needs to be improved. In this work, it is first envisioned to conquer the ion migration by enhanced chemical bonding; the proposal is further confirmed by density functional theory calculations, in which the bonds are made stronger by introducing a fluorine atom into the ortho position of phenethylamine (o‐F‐PEA) to shorten the distance between adjacent organic cations in the crystal lattice for enhanced electrostatic interactions between the F atom and the neighboring benzene ring. It is further demonstrated experimentally that the activation energy for ion migration (AEIM) of (o‐F‐PEA) 2 PbI 4 PSC is increased compared with that of (PEA) 2 PbI 4 PSC. The improved AEIM is also confirmed by enhanced thermal stability. Consequently, the dark current in the (o‐F‐PEA) 2 PbI 4 2D PSC X‐ray detectors is reduced by two times compared with the (PEA) 2 PbI 4 reference. Furthermore, the detector shows the sensitivity of 1724.5 μC Gy air −1 cm −2 at 1250 V mm −1 , and much improved photocurrent stability.
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