Formamidinium‐Based Dion‐Jacobson Layered Hybrid Perovskites: Structural Complexity and Optoelectronic Properties

甲脒 钙钛矿(结构) 材料科学 双功能 混合材料 相(物质) 密度泛函理论 结晶学 纳米技术 计算化学 化学 有机化学 催化作用
作者
María C. Gélvez‐Rueda,Paramvir Ahlawat,Lena Merten,Farzaneh Jahanbakhshi,Marko Mladenović,Alexander Hinderhofer,M. Ibrahim Dar,Yang Li,Algirdas Dučinskas,Brian Carlsen,Wolfgang Tress,Amita Ummadisingu,Shaik M. Zakeeruddin,Frank Schreiber,Anders Hagfeldt,Ursula Röthlisberger,Ferdinand C. Grozema,Jovana V. Milić,Michael Gräetzel
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (38) 被引量:68
标识
DOI:10.1002/adfm.202003428
摘要

Abstract Layered hybrid perovskites have emerged as a promising alternative to stabilizing hybrid organic–inorganic perovskite materials, which are predominantly based on Ruddlesden‐Popper structures. Formamidinium (FA)‐based Dion‐Jacobson perovskite analogs are developed that feature bifunctional organic spacers separating the hybrid perovskite slabs by introducing 1,4‐phenylenedimethanammonium (PDMA) organic moieties. While these materials demonstrate competitive performances as compared to other FA‐based low‐dimensional perovskite solar cells, the underlying mechanisms for this behavior remain elusive. Here, the structural complexity and optoelectronic properties of materials featuring (PDMA)FA n –1 Pb n I 3 n +1 ( n = 1–3) formulations are unraveled using a combination of techniques, including X‐ray scattering measurements in conjunction with molecular dynamics simulations and density functional theory calculations. While theoretical calculations suggest that layered Dion‐Jacobson perovskite structures are more prominent with the increasing number of inorganic layers ( n ), this is accompanied with an increase in formation energies that render n > 2 compositions difficult to obtain, in accordance with the experimental evidence. Moreover, the underlying intermolecular interactions and their templating effects on the Dion‐Jacobson structure are elucidated, defining the optoelectronic properties. Consequently, despite the challenge to obtain phase‐pure n > 1 compositions, time‐resolved microwave conductivity measurements reveal high photoconductivities and long charge carrier lifetimes. This comprehensive analysis thereby reveals critical features for advancing layered hybrid perovskite optoelectronics.
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