본 논문에서는 첫번째로, 페로브스카이트형 A2TeX6 (A=Rb, Cs, MA, FA, X=I, Br, Cl)조성의 분말을 기계화학적 합성법인 습식 볼 밀링을 통해 합성하고, 합성된 물질들의 기초 물성을 평가하였다. B site가 Tellurium인 조성은 tolerance factor가 0.8775의 값 부근에서 cubic ...
본 논문에서는 첫번째로, 페로브스카이트형 A2TeX6 (A=Rb, Cs, MA, FA, X=I, Br, Cl)조성의 분말을 기계화학적 합성법인 습식 볼 밀링을 통해 합성하고, 합성된 물질들의 기초 물성을 평가하였다. B site가 Tellurium인 조성은 tolerance factor가 0.8775의 값 부근에서 cubic 결정구조에서 tetragonal 결정구조로 상전이 하며, 이 값에 가까워짐에 따라 상을 형성하기 위한 formation energy가 높아져, 2차상을 형성한다고 생각된다. 또한 간접형 광학적 밴드갭을 가지는 A2TeX6 조성은 A site에 들어가는 이온 반경이 커짐에 따라 밴드갭이 최대 0.06 eV 감소하고, X site에 들어가는 이온 반경이 작은 이온으로 치환됨에 따라 밴드갭이 최대 1.07 eV 증가한다. XPS분석을 통해 모든 조성에서 Te가 이온결합성을 나타내는 +4 또는 공유결합성을 나타내는 0가로 존재하며, X site의 이온이 대부분 -1가로 존재하지만 일부 +5가로 존재하는 것을 확인하였다. 이는 Te와 X 이온간 전기음성도 차이가 작아 이온 결합의 특성뿐 아니라 공유결합의 특성도 보유할 수 있으며, Te +4는 산화하여 0가가 되고, I -1는 환원되어 5+가 되기 때문이다. 이는 전기음성도 차이가 0.4(Te-Br)와 비교하여 0.7(Te-I)인 조성에서 공유결함의 피크 비율이 증가하는 것에서 확인할 수 있다. 그리고 저온 PL분석 결과, 모든 조성에서 빛을 흡수하기 시작하는 파장대 보다 높은 파장대에서 단일 발광 피크가 검출되는 것을 확인하였다. 이는 입사된 빛에 의해 VBM에서 여기된 전자가 CBM에 도달하지 못하고 밴드갭 사이에 존재하는 결함 준위에 속박되었다가 결함 준위에서 VBM으로 떨어지며 에너지를 방출하기 때문이라 생각된다. 밴드갭 내 깊게 위치한 결함전위는 CBM으로부터 각각 0.25-0.56 eV 사이의 에너지만큼 아래에 위치한다. 이러한 결함 준위 때문에, 본 논문의 A2TeX6 조성은 대부분 5-400 pA의 매우 낮은 전기적 특성을 나타낸다. Cs2TeI6의 조성은 450 nm 파장의 ∙원에 대해 36.7 배의 on-off 비를 보였으며, 이는 본 논문에서 연구된 모든 조성중 가장 좋은 광센서 특성을 보였다. 두번째로. 화학적 기상반응법을 통해 CsI 박막을 증착한 후, 온도를 달리하여 TeI4를 증착하여 Cs2TeI6조성의 박막을 제작하였다. 150˚C에서 TeI4를 증착할 경우, 열중량 분석에서 관찰되었듯이 TeI4의 기화온도에 도달하지 못하였으므로, 대부분의 상이 CsI상으로 존재한다. 하지만 이보다 높은 온도에서 TeI4를 증착할시 Cs2TeI6가 합성되기 시작하며, 210˚C이상의 온도에서는 모든 상이 Cs2TeI6조성으로 존재한다. 하지만 Cs2TeI6조성이 분해되기 시작하는 330˚C 이상의 온도에서는 CsI상만이 존재하는 것을 확인하였다. Cs2TeI6 조성만이 존재하는 210, 240, 270, 300 ˚C 조건에서는 합성한 박막은 64.5 nm 크기의 동일한 입자 사이즈를 보였다. 또한 미세구조 관측을 통해, TeI4 증착 온도가 증가함에 따라 입자들이 서로 밀집되어 있으며, 공극이 잘 관측되지 않는 표면 미세구조를 보이며, 더 얇은 광흡수층을 형성하는 것을 확인하였다. 이는 흡광 스펙트럼 분석 결과에서 차이를 나타냈다. 하지만 모든 Cs2TeI6조성의 박막은 1.63 eV의 동일한 간접형 밴드갭을 보였다. 광센서 소자화를 통해 on-off 비를 확인한 결과, TeI4증착 온도가 210, 240, 270, 300 ˚C인 소자에서 각각 23.75, 62.5, 275, 450의 비를 보였다. On-off비가 가장 뛰어난 300 ˚C 센서의 경우 responsivity와 detectivity가 각각 57.1 x 10-6 A/W, 34.6 x 108 jones을 보이며 모든 소자 중 가장 뛰어난 광센서 특성을 보였다. 이는 광흡수시에 생성되는 전자와 정공이 재결합되기 전, 전자 이동층과 정공 이동층을 통해 더 많은 전하 캐리어가 빠져나가는 것에 기여하고, 따라서 광이 입사되었을 때 더 높은 광전류를 생성시키기 때문으로 생각한다.
본 논문에서는 첫번째로, 페로브스카이트형 A2TeX6 (A=Rb, Cs, MA, FA, X=I, Br, Cl)조성의 분말을 기계화학적 합성법인 습식 볼 밀링을 통해 합성하고, 합성된 물질들의 기초 물성을 평가하였다. B site가 Tellurium인 조성은 tolerance factor가 0.8775의 값 부근에서 cubic 결정구조에서 tetragonal 결정구조로 상전이 하며, 이 값에 가까워짐에 따라 상을 형성하기 위한 formation energy가 높아져, 2차상을 형성한다고 생각된다. 또한 간접형 광학적 밴드갭을 가지는 A2TeX6 조성은 A site에 들어가는 이온 반경이 커짐에 따라 밴드갭이 최대 0.06 eV 감소하고, X site에 들어가는 이온 반경이 작은 이온으로 치환됨에 따라 밴드갭이 최대 1.07 eV 증가한다. XPS분석을 통해 모든 조성에서 Te가 이온결합성을 나타내는 +4 또는 공유결합성을 나타내는 0가로 존재하며, X site의 이온이 대부분 -1가로 존재하지만 일부 +5가로 존재하는 것을 확인하였다. 이는 Te와 X 이온간 전기음성도 차이가 작아 이온 결합의 특성뿐 아니라 공유결합의 특성도 보유할 수 있으며, Te +4는 산화하여 0가가 되고, I -1는 환원되어 5+가 되기 때문이다. 이는 전기음성도 차이가 0.4(Te-Br)와 비교하여 0.7(Te-I)인 조성에서 공유결함의 피크 비율이 증가하는 것에서 확인할 수 있다. 그리고 저온 PL분석 결과, 모든 조성에서 빛을 흡수하기 시작하는 파장대 보다 높은 파장대에서 단일 발광 피크가 검출되는 것을 확인하였다. 이는 입사된 빛에 의해 VBM에서 여기된 전자가 CBM에 도달하지 못하고 밴드갭 사이에 존재하는 결함 준위에 속박되었다가 결함 준위에서 VBM으로 떨어지며 에너지를 방출하기 때문이라 생각된다. 밴드갭 내 깊게 위치한 결함전위는 CBM으로부터 각각 0.25-0.56 eV 사이의 에너지만큼 아래에 위치한다. 이러한 결함 준위 때문에, 본 논문의 A2TeX6 조성은 대부분 5-400 pA의 매우 낮은 전기적 특성을 나타낸다. Cs2TeI6의 조성은 450 nm 파장의 ∙원에 대해 36.7 배의 on-off 비를 보였으며, 이는 본 논문에서 연구된 모든 조성중 가장 좋은 광센서 특성을 보였다. 두번째로. 화학적 기상반응법을 통해 CsI 박막을 증착한 후, 온도를 달리하여 TeI4를 증착하여 Cs2TeI6조성의 박막을 제작하였다. 150˚C에서 TeI4를 증착할 경우, 열중량 분석에서 관찰되었듯이 TeI4의 기화온도에 도달하지 못하였으므로, 대부분의 상이 CsI상으로 존재한다. 하지만 이보다 높은 온도에서 TeI4를 증착할시 Cs2TeI6가 합성되기 시작하며, 210˚C이상의 온도에서는 모든 상이 Cs2TeI6조성으로 존재한다. 하지만 Cs2TeI6조성이 분해되기 시작하는 330˚C 이상의 온도에서는 CsI상만이 존재하는 것을 확인하였다. Cs2TeI6 조성만이 존재하는 210, 240, 270, 300 ˚C 조건에서는 합성한 박막은 64.5 nm 크기의 동일한 입자 사이즈를 보였다. 또한 미세구조 관측을 통해, TeI4 증착 온도가 증가함에 따라 입자들이 서로 밀집되어 있으며, 공극이 잘 관측되지 않는 표면 미세구조를 보이며, 더 얇은 광흡수층을 형성하는 것을 확인하였다. 이는 흡광 스펙트럼 분석 결과에서 차이를 나타냈다. 하지만 모든 Cs2TeI6조성의 박막은 1.63 eV의 동일한 간접형 밴드갭을 보였다. 광센서 소자화를 통해 on-off 비를 확인한 결과, TeI4증착 온도가 210, 240, 270, 300 ˚C인 소자에서 각각 23.75, 62.5, 275, 450의 비를 보였다. On-off비가 가장 뛰어난 300 ˚C 센서의 경우 responsivity와 detectivity가 각각 57.1 x 10-6 A/W, 34.6 x 108 jones을 보이며 모든 소자 중 가장 뛰어난 광센서 특성을 보였다. 이는 광흡수시에 생성되는 전자와 정공이 재결합되기 전, 전자 이동층과 정공 이동층을 통해 더 많은 전하 캐리어가 빠져나가는 것에 기여하고, 따라서 광이 입사되었을 때 더 높은 광전류를 생성시키기 때문으로 생각한다.
Organic-inorganic hybrid perovskites gain exponential interest as promising materials for photovoltaics, photodetectors, and light-emitting diodes, because of their merits such as excellent photoelectric properties, ease of processing, low cost and high flexibility. Especially, lead (Pb) based perov...
Organic-inorganic hybrid perovskites gain exponential interest as promising materials for photovoltaics, photodetectors, and light-emitting diodes, because of their merits such as excellent photoelectric properties, ease of processing, low cost and high flexibility. Especially, lead (Pb) based perovskite materials have been most widely studied. However, the toxicity of Pb limits the possibilities of commercialization, which results in demand for Pb-free alternatives. Recently, perovskite-like-structured A2BX6 halides have been studied as promising alternatives to the Pb-based perovskites, because of its low toxicity and high stability under humid air. In this study, the fundamental properties of the A2TeX6 halides are investigated. Firstly, powders of perovskite-type A2TeX6 (A = Rb, Cs, MA, FA, X = I, Br, Cl) were synthesized via a mechanical chemical synthesis method and evaluated. The composition of Tellurium with B site is phase transition from cubic crystal structure to tetragonal crystal structure with the tolerance factor of 0.8775. As this value approaches, the phase becomes unstable and a secondary phase is generated. Besides, in the A2TeX6 composition having an indirect optical bandgap, the bandgap decreases slightly as the ion radius entering the A site increases, and the bandgap increases greatly as the ion radius entering the X site is replaced with a small ion. XPS analysis showed that Te is present in all compositions as +4 and 0, and most of the ions at the X site are present as -1 but some +5. This is because the difference in electronegativity between Te and X ions is small, and not only ionic defects but also covalent bonds are represented. Te +4 is oxidized to zero, and I -1 is reduced to 5+. This can be confirmed by the increase in the peak ratio of covalent defects in the composition having a difference in electronegativity of 0.7 (Te-I) compared to 0.4 (Te-Br). As a result of low temperature PL analysis, it was confirmed that a single emission peak was detected in a wavelength band higher than the wavelength band in which light began to be absorbed in all compositions. This is because electrons excited in the VBM by the incident light do not reach the CBM but are bound to a defect level existing between the band gaps, and then fall into the VBM at the defect level and emit energy. Deeply located defect levels in the bandgap are below the energy from CBM by 0.25-0.56 eV each. Because of these defect levels, the A2TeX6 composition of this paper mostly exhibits very low electrical properties of 5-400 pA. The composition of Cs2TeI6 showed a 36.7-fold on-off ratio at the wavelength of 450 nm, which showed the best photoelectric properties of all the compositions studied in this paper. Secondly, after the CsI thin film was deposited by chemical vapor deposition, TeI4 was deposited at different temperatures to prepare a thin film of Cs2TeI6 composition. When TeI4 was deposited at 150 ° C, most of the phases exist as CsI phase because the vaporization temperature of TeI4 could not be reached as confirmed by thermogravimetric analysis. However, when TeI4 is deposited at a higher temperature, Cs2TeI6 starts to be synthesized. At temperatures above 210˚C, all phases exist as Cs2TeI6 compositions. However, it was confirmed that only the CsI phase exists at a temperature above 300˚C where the Cs2TeI6 composition starts to decompose. At 210, 240, 270, and 300 ˚C with only Cs2TeI6 composition, the synthesized thin films showed the same incidence size of 64.5 nm. In addition, the microstructure observation confirmed that as the TeI4 deposition temperature increases, the particles are densely packed with each other, and the surface microstructures in which pores are hardly observed between them form a thinner light-absorbing layer. This made a difference in the absorbance spectral results and resulted in an increased in the optical bandgap with increasing deposition temperature. As a result of confirming the on-off ratio through the optical sensor element, the ratios of 23.75, 62.5, 275, and 450 were shown in the TeI4 deposition temperature of 210, 240, 270, and 300 ˚C, respectively. The 300 ˚C sensors with the best on-off ratio showed the responsivity and detectivity of 57.1 x 10-6 A / W and 34.6 x 108 jones, respectively. This contributes to the escape of more charge carriers through the electron transporting layer and the hole transporting layer before the electrons and holes generated in the light absorption are recombined, thus creating a higher photocurrent when light is incident.
Organic-inorganic hybrid perovskites gain exponential interest as promising materials for photovoltaics, photodetectors, and light-emitting diodes, because of their merits such as excellent photoelectric properties, ease of processing, low cost and high flexibility. Especially, lead (Pb) based perovskite materials have been most widely studied. However, the toxicity of Pb limits the possibilities of commercialization, which results in demand for Pb-free alternatives. Recently, perovskite-like-structured A2BX6 halides have been studied as promising alternatives to the Pb-based perovskites, because of its low toxicity and high stability under humid air. In this study, the fundamental properties of the A2TeX6 halides are investigated. Firstly, powders of perovskite-type A2TeX6 (A = Rb, Cs, MA, FA, X = I, Br, Cl) were synthesized via a mechanical chemical synthesis method and evaluated. The composition of Tellurium with B site is phase transition from cubic crystal structure to tetragonal crystal structure with the tolerance factor of 0.8775. As this value approaches, the phase becomes unstable and a secondary phase is generated. Besides, in the A2TeX6 composition having an indirect optical bandgap, the bandgap decreases slightly as the ion radius entering the A site increases, and the bandgap increases greatly as the ion radius entering the X site is replaced with a small ion. XPS analysis showed that Te is present in all compositions as +4 and 0, and most of the ions at the X site are present as -1 but some +5. This is because the difference in electronegativity between Te and X ions is small, and not only ionic defects but also covalent bonds are represented. Te +4 is oxidized to zero, and I -1 is reduced to 5+. This can be confirmed by the increase in the peak ratio of covalent defects in the composition having a difference in electronegativity of 0.7 (Te-I) compared to 0.4 (Te-Br). As a result of low temperature PL analysis, it was confirmed that a single emission peak was detected in a wavelength band higher than the wavelength band in which light began to be absorbed in all compositions. This is because electrons excited in the VBM by the incident light do not reach the CBM but are bound to a defect level existing between the band gaps, and then fall into the VBM at the defect level and emit energy. Deeply located defect levels in the bandgap are below the energy from CBM by 0.25-0.56 eV each. Because of these defect levels, the A2TeX6 composition of this paper mostly exhibits very low electrical properties of 5-400 pA. The composition of Cs2TeI6 showed a 36.7-fold on-off ratio at the wavelength of 450 nm, which showed the best photoelectric properties of all the compositions studied in this paper. Secondly, after the CsI thin film was deposited by chemical vapor deposition, TeI4 was deposited at different temperatures to prepare a thin film of Cs2TeI6 composition. When TeI4 was deposited at 150 ° C, most of the phases exist as CsI phase because the vaporization temperature of TeI4 could not be reached as confirmed by thermogravimetric analysis. However, when TeI4 is deposited at a higher temperature, Cs2TeI6 starts to be synthesized. At temperatures above 210˚C, all phases exist as Cs2TeI6 compositions. However, it was confirmed that only the CsI phase exists at a temperature above 300˚C where the Cs2TeI6 composition starts to decompose. At 210, 240, 270, and 300 ˚C with only Cs2TeI6 composition, the synthesized thin films showed the same incidence size of 64.5 nm. In addition, the microstructure observation confirmed that as the TeI4 deposition temperature increases, the particles are densely packed with each other, and the surface microstructures in which pores are hardly observed between them form a thinner light-absorbing layer. This made a difference in the absorbance spectral results and resulted in an increased in the optical bandgap with increasing deposition temperature. As a result of confirming the on-off ratio through the optical sensor element, the ratios of 23.75, 62.5, 275, and 450 were shown in the TeI4 deposition temperature of 210, 240, 270, and 300 ˚C, respectively. The 300 ˚C sensors with the best on-off ratio showed the responsivity and detectivity of 57.1 x 10-6 A / W and 34.6 x 108 jones, respectively. This contributes to the escape of more charge carriers through the electron transporting layer and the hole transporting layer before the electrons and holes generated in the light absorption are recombined, thus creating a higher photocurrent when light is incident.
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