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研究发现，钙钛矿材料的光电性能与其维度有很大关系。由于低维（如零维、一维或二维）材料的量子限域效应，通常不利于电荷传输，进而影响电荷收集效率。相比之下，高维度的三维钙钛矿材料具有高载流子迁移率的优势，但其容易发生离子迁移，从而不利于器件的稳定运行。因此，如何实现低的离子迁移且兼顾高效的电荷传输成为提升钙钛矿材料光电性能的关键问题。 近日，中山大学匡代彬教授、王旭东副教授（共同通讯作者）借助双胺锚定策略研究了A位双胺阳离子对Bi基钙钛矿单晶离子迁移和载流子传输性质的影响。
作者制备了大尺寸的1D (3-AMP)BiI5 单晶和0D (BZA)3BiI6单晶。在(3-AMP)BiI5中，由于3-AMP双胺阳离子的双向锚定作用，有效缩短了相邻八面体间的距离，最短距离为4.016 Å，明显小于(BZA)3BiI6单晶（4.195 Å）。 电学表征发现(3-AMP)BiI5比(BZA)3BiI6具有低的缺陷密度、高的离子迁移活化能和高的载流子迁移率。理论计算也证实了(3-AMP)BiI5单晶具有较高的离子迁移活化能。 开尔文探针显微镜测试结果发现：(3-AMP)BiI5单晶的表面光电压较(BZA)3BiI6提高了~8倍，表明(3-AMP)BiI5单晶具有更好的光生载流子分离及传输性能。 最后，(3-AMP)BiI5单晶可见光探测器的暗电流比(BZA)3BiI6降低了87倍，光电流提升了2.8倍，开关比提升了243倍，并表现出很好的稳定性。此外，该单晶还具有高的电阻率和强X射线吸收能力，该单晶还能应用于X射线探测。在真空条件下，单晶器件对100 keV 硬X射线的探测灵敏度达到7.7 μC Gyair-1 cm-2。该工作表明，A位双胺阳离子工程为高效稳定Bi基钙钛矿单晶的开发奠定了良好基础。 论文信息 A-Site Diamine Cation Anchoring Enables Efficient Charge Transfer and Suppressed Ion Migration in Bi-based Hybrid Perovskite Single Crystals Xin Yang, Yu-Hua Huang, Xu-Dong Wang*, Wen-Guang Li, and Dai-Bin Kuang* 文章的第一作者是中山大学的博士生杨新。 Angewandte Chemie International Edition
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