Metal Ion-Incorporated Lead-Free Perovskites toward Broadband Photodetectors

光电探测器 钝化 材料科学 钙钛矿(结构) 兴奋剂 带隙 光电子学 光致发光 卤化物 响应度 离子 纳米技术 无机化学 化学 图层(电子) 结晶学 有机化学
作者
Junhua Shen,Weiguang Zhu,Zhen Lian,Aming Lin,Su‐Fei Shi,Kun Yang,Mingxin Li,Dong Zhao,Yi‐Yang Sun,Jie Lian
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (10): 5291-5302 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsaelm.2c01265
摘要

Metal halide perovskites have excited tremendous research interests due to their extraordinary photovoltaic and optoelectronic performance. Cs2SnI6 has emerged as a promising lead-free perovskite in advanced optoelectronics due to its high stability, appropriate bandgap, and high absorption coefficient. The performance of two-dimensional (2D) Cs2SnI6-based photodetectors is limited as compared to lead-based perovskites. Here, we report a simple strategy for incorporating aliovalent metal ions (nickel and zinc) for doping or passivation of perovskites to improve their performance. Aliovalent metal ions are employed to break the inherent dark transition of the 2D Cs2SnI6, greatly increasing photoluminescence by two orders of magnitude than pristine Cs2SnI6. Density function calculation reveals the n-type doping of nickel ions without introducing any deep trap states. We further demonstrate that the surface passivation of 2D Cs2SnI6 by zinc ions can greatly reduce surface trap/defect density. Aliovalent metal ion-incorporated Cs2SnI6 perovskites exhibit broadband detection, high responsivity (1.6 × 103 A W–1, for Ni-incorporated Cs2SnI6) and high detectivity (1.56 × 1013 Jones, for Zn-incorporated Cs2SnI6). These results will prompt research on the influence of metal ions in perovskite materials that may afford novel properties for next-generation optoelectronics.

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