Substantial Improvement of Operating Stability by Strengthening Metal‐Halogen Bonds in Halide Perovskites

材料科学 离子键合 钝化 卤化物 反键分子轨道 卤素 单独一对 兴奋剂 化学物理 离子 金属 无机化学 光电子学 电子 原子轨道 纳米技术 冶金 分子 化学 有机化学 物理 量子力学 图层(电子) 烷基
作者
Xi Chen,Zhiguo Sun,Bo Cai,Xiaoming Li,Shihua Zhang,Di Fu,Yousheng Zou,Zhiyong Fan,Haibo Zeng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (22) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/adfm.202112129
摘要

Abstract Solution‐processed lead halide perovskites (LHPs) hold great promise for low‐cost high‐performance solar cells and light‐emitting devices, but they also suffer from a serious operating instability problem due to the ionic migration and lattice decomposition driven by strong electric fields. Here, considerably suppressed ionic migration and enhanced lattice stability in LHPs with partial substitution of Pb with 3d transition metal (TM: Mn and Ni) are reported. It is experimentally shown that the energy barrier for ionic migration in CsPbBr 3 can be increased fourfold by Mn and Ni substitution, even with a small doping level ( < 4%). However, post‐TM Zn and non‐TM Bi incorporations are less efficient in suppressing ionic migration. The theoretical results reveal that Ni and Mn ions with partially filled 3d orbitals can passivate the active lone‐pair electron of surrounding Pb‐Br octahedrons via a coordination effect and reduce the Pb 6s‐Br 4p antibonding states, resulting in long‐range lattice stabilization and suppressed ionic migration. The Ni incorporation strategy in mixed‐halogen CsPbBr 1.5 I 1.5 is further demonstrated, for which the field‐driven halogen segregation is significantly mitigated and the associated emission color variation is reduced sixfold. This study paves the way for improving the operating stability in LHP‐based optoelectronic and electronic devices.
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