Низкоразмерные перовскитоподобные галогеноплюмбаты с компактными органическими катионами: ключевые кристаллохимические особенности и оптические свойства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.21, кандидат наук Фатеев Сергей Анатольевич

• Фатеев Сергей Анатольевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Фатеев Сергей Анатольевич

Содержание

1.Введени е

2. Обзор литературы

2.1. Гибридные галогеноплюмбаты как полупроводниковые материалы

2.2. Структурное и химическое многообразие гибридных галогенидных перовскитоподобных соединений

2.2.1. Кристаллохимические особенности гибридных галогенидных перовскитов

2.2.2. Гибридные галогеноплюмбаты с пониженной размерностью неорганической подрешётки

2.2.3. Кристаллохимическая классификация слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов

2.2.4. Галогеноплюмбаты с компактными катионами

2.3. Физические свойства галогенидных перовскитов и СПГ

2.3.1. Зонная структура и оптоэлектронные свойства

2.3.2. Электронные и оптические свойства слоистых галогенидных перовскитов

2.3.3. Дефекты кристаллической структуры и рекомбинация носителей заряда

2.4 Методы получения плёнок и кристаллов гибридных перовскитоподобных галогеноплюмбатов

2.4.1. Кристаллизация при охлаждении из растворов НХ

2.4.2. Кристаллизация при нагреве из растворов в органических растворителях

2.4.3. Кристаллизация при диффузии паров «антисольвета»

2.4.4. Осаждение пленок из раствора путем кристаллизации

2.4.5. Бинарное взаимодействие без изменения степени окисления при осаждении пленок

2.4.6. Получение пленок путем ионного обмена

2.4.7. Получение пленок в результате окислительно-восстановительных реакций

2.5. Методы прогнозирования свойств гибридных галогенометаллатов

2.6. Заключение

3. Экспериментальная часть

3.1. Синтез

3.2. Методы исследования

3.2.1. Рентгеноструктурный анализ

3.2.2. Рентгенофазовый анализ

3.2.3. Растровая электронная микроскопия

3.2.4. Спектроскопия поглощения

3.2.5. Фотолюминесцентная спектроскопия

3.3. Методическая часть

3.3.1. Рост монокристаллов

3.3.2. Определение оптических свойств монокристаллов слоистых перовскитоподобных йодоплюмбатов, полученных методом исчезающего растворителя

3.3.3. Синтез бромоплюмбатов формамидиния

3.3.4. Расчёты электронной структуры методом функционала плотности (DFT)

3.3.5. Комбинированный подход на основе DFT и машинного обучения для определения совместного влияния и вкладов структурных дескрипторов в ширину запрещённой зоны

4.Результаты и их обсуждение

4.1. Классификация и статистический анализ эмпирических закономерностей для слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов

4.2. Количественное определение влияние параметров относительного сдвига неорганических слоёв и межслоевого расстояния на ширину запрещённой зоны СПГ

4.2.1. Параметр фактора сдвига слоёв

4.2.2. Взаимосвязь фактора сдвига слоёв и типа органического катиона

4.2.3. О влиянии фактора сдвига слоёв на значение ширины запрещённой зоны СПГ

4.3. Установление взаимосвязей искажений неорганического каркаса и ширины запрещенной зоны в СПГ с применением методов машинного обучения

4.4. Синтез, структура и свойства низкоразмерных перовскитоподобных бромоплюмбатов формамидиния

4.4.1. Синтез полиморфов слоистого бромоплюмбата FA2PbBr4

4.4.2. Особенности кристаллической структуры трёх полиморфов FA2PbBr4

4.4.3. «Темплатирующие способности» формамидиния и метиламмония

4.4.4. Исследование оптических свойств полиморфов FA2PbBr4 в форме тонких плёнок

4.4.5. Цепочечная одномерная фаза FAзPbBr5

4.5. Перовскитоподобные йодоплюмбаты формамидиния с пониженной размерностью неорганического каркаса

4.5.1. Область гомогенности твёрдых растворов FAyMAl-yPbЬ

4.5.2. Идентификация новых низкоразмерных фаз в системе MAI-FAI-PbI2

4.5.3. Структура слоистой перовскитоподобной фазы состава (FAyMAl-y)2PbI4

4.5.4. Структура цепочечной перовскитоподобной фазы FAзPbI5

4.5.5. Структура дефектно-упорядоченной перовскитоподобной фазы (FAyMAl-y)l.5PbЬ

4.5.6. Закономерности строения структур (FAyMAl-y)l+xPbЬ+x

4.5.7. Закономерности изменения зонной структуры йодоплюмбатов с пониженной размерностью неорганического каркаса

4.6. Оптические свойства низкоразмерных фаз йодоплюмбатов формамидиния

4.7. Синтез, структура и оптические свойства СПГ с катионами ацетамидиния

5. Выводы

6. Список используемой литературы

7. Приложение (дополнительные материалы и иллюстрации)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Низкоразмерные перовскитоподобные галогеноплюмбаты с компактными органическими катионами: ключевые кристаллохимические особенности и оптические свойства»

1.Введение

Уникальная структурная вариативность и простота синтеза гибридных галогеноплюмбатов обусловливают широкий диапазон их оптоэлектронных свойств, что нп Несмотря на большое количество экспериментальных работ (более 100 новых структур в год), посвящённых «структурному дизайну» галогеноплюмбатов за счёт использования новых органических катионов, установлено весьма незначительное количество надёжных кристаллохимических закономерностей «темплатирования» структур, а также корреляций их структурных особенностей и физических свойств. Поэтому экспериментальное определение новых уникальных структур, принципов их формирования и физических свойств, а также теоретический анализ основных структурных особенностей, влияющих на целевые свойства (в том числе, ширину запрещённой зоны) являются актуальными и востребованными в области исследования современных полупроводниковых материалов.

Целью настоящей работы являлся теоретический анализ и экспериментальное определение структурных особенностей галогеноплюмбатов с компактными органическими катионами для кристаллохимического дизайна новых низкоразмерных перовскитоподобных галогеноплюмбатов с целевыми оптическими свойствами.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) Анализ информации о структурах и ширине запрещённой зоны известных слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов, выявление новых структурных дескрипторов для рационального описания и классификации данных соединений.

2) Выявление наиболее значимых корреляций между составом, структурой и шириной запрещённой зоны для известных слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов; определение влияния геометрических особенностей строения отдельных слоёв, а также характера их взаимного расположения и расстояний между ними на ширину запрещённой зоны слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов.

3) Экспериментальный поиск возможностей формирования низкоразмерных перовскитоподобных галогеноплюмбатов с малыми значениями межслоевого расстояния за счёт использования компактных органических катионов (формамидиния, метиламмония, ацетамидиния); определение структуры новых перовскитоподобных фаз и основных кристаллохимических закономерностей их строения.

4) Определение оптических свойств новых перовскитоподобных фаз галогеноплюмбатов с различной размерностью неорганического каркаса и обоснование основных закономерностей их изменения в зависимости от состава и кристаллической структуры.

В качестве объектов исследования в работе выбраны низкоразмерные перовскитоподобные галогеноплюмбаты А1+пРЬХэ+п (где А+ - органический катион, X" = Бг", I") с катионами формамидиния (РЛ+), метиламмония (МА+) и ацетамидиния (Ас+). В работе использован комплекс современных методов анализа материалов, включавший в себя оптическую и растровую электронную микроскопию (РЭМ), рентгенофазовый (РФА) и рентгеноструктурный (РСА) анализ, спектроскопию в УФ и видимой области, стационарную и время-разрешённую фотолюминесцентную спектроскопию (77, 298К). Кроме того, для построения ряда теоретических закономерностей применялся метод функционала плотности (ОБТ) и методы машинного обучения. Научная новизна:

1) Впервые предложена универсальная классификация известных структур слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов на основе нового количественного дескриптора - фактора сдвига слоёв, определённого как вектор LSF(^L, *;2), где ^ и t2 -вектора сдвига соседних слоёв в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости слоя.

2) Предложена новая система из шести структурных дескрипторов, включающая фактор сдвига слоев, которые были ранжированы в порядке убывания их влияния на ширину запрещённой зоны (Eg) с использованием комбинации методов DFT и алгоритмов машинного обучения, показана важность учёта совместного влияния некоторых параметров, в частности, установлено значительное увеличение влияния фактора сдвига слоёв на величину Eg в случае уменьшения межслоевых расстояний.

3) Экспериментально обнаружено формирование новых фаз слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов, отличающихся малым межслоевым расстоянием, с катионами формамидиния (БА+), метиламмония (МА+) и ацетамидиния (Ас+): БА2РЬБг4 (3 полиморфа), (БАуМА^у^РЬЬ и (Ас)МАРЬ14, определены их структурные особенности.

4) Установлено, что компактные катионы формамидиния образуют не только слоистые перовскитоподобные фазы, но также целый ряд фаз как с более низкой размерностью галогеноплюмбатного каркаса (цепочечные фазы FЛзPЬБг5 и FЛзPЬI5), так и более высокой размерностью каркаса (фазы (БАуМАьуХзРЫз.з), являющейся промежуточной между двух и трехмерными структурами. При этом общей закономерностью для низкоразмерных перовскитоподобных фаз состава А1+пРЬХз+п (А+ = БА+/МА+, X" = Бг", I") является последовательное понижение размерности неорганического каркаса при увеличении п с сохранением кубической плотнейшей упаковки катионов А+ и анионов X".

5) Определено смещение края поглощения и максимумов фотолюминесценции в сторону больших энергий для перовскитоподобных фаз Al+nPbIз+n c увеличением п; получена экспериментальная зависимость оптических свойств от п, согласующаяся с расчётной зависимостью Eg(n) и отражающая тенденцию монотонного увеличения ширины запрещённой зоны с понижением размерности неорганического каркаса.

Положения, выносимые на защиту:

1) Универсальная классификация известных структур слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов на основе нового количественного дескриптора - фактора сдвига слоев.

2) Новая система из шести структурных дескрипторов, ранжированных в порядке убывания влияния на ширину запрещённой зоны (Eg) слоистых галогеноплюмбатов, также показана важность учёта совместного влияния некоторых параметров для корректной оценки Eg.

3) Структуры и оптические свойства новых слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов, отличающихся малым межслоевым расстоянием, с катионами формамидиния (FA+), метиламмония (MA+) и ацетамидиния (Ac+): FA2PbBr4 (3 полиморфа), (FAyMAl-y)2PbI4 и (Ac)MAPbI4.

4) Структуры новых одномерных перовскитоподобных фаз галогеноплюмбатов (цепочечные фазы FAзPbBr5 и FAзPbI5), а также фаз с размерностью каркаса, промежуточной между двумерными и трехмерными структурами (фазы (FAyMAl-уи^ьь^); общая закономерность последовательного понижения размерности неорганического каркаса фаз состава Al+nPbXз+n = FA+/MA+, X- = Br-, I-) при увеличении п с сохранением кубической плотнейшей упаковки катионов A+ и анионов X-.

5) Причины смещения края поглощения и максимумов фотолюминесценции в сторону больших энергий для перовскитоподобных фаз Al+nPbXз+n c увеличением параметра п; взаимосвязь полученной экспериментальной зависимости оптических свойств от параметра п с расчётной зависимостью Eg(n), отражающей тенденцию монотонного увеличения ширины запрещённой зоны с понижением размерности неорганического каркаса.

Практическая значимость работы заключается в том, что экспериментально исследованные новые кристаллические фазы НПГ, могут быть применены в качестве материалов для светоизлучающих устройств, фотодетекторов и сцинтилляторов, а

предложенная система структурных дескрипторов могут быть применена для направленного поиска слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов с заданной шириной запрещенной зоны и поиска перспективных материалов для оптоэлектроники и фотовольтаики. Также интерес для практического использования представляет предложенный в ходе выполнения работы и запатентованный способ роста монокристаллов слоистых гибридных галогеноплюмбатов - метод исчезающего растворителя, позволяющий получать качественные монокристаллы СПГ различного состава и строения при комнатной температуре и без использования токсичных или агрессивных растворителей. Научные результаты могут быть востребованы при проведении НИР и формировании образовательных программ для Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Института Общей и Неорганической Химии им. Н.С. Курнакова РАН, Института Физической Химии и Электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Института Металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН.

Личный вклад автора работы состоит в анализе литературных источников, сборе, обработке и анализе информации о структуре фаз СПГ, а также обработке и анализе дынных расчётов и выявлении новых корреляций между составом, структурой и свойствами СПГ, разработке нового метода роста монокристаллов и новых подходов для синтеза галогеноплюмбатных фаз с пониженной размерностью каркаса, комплексной характеризации образцов набором экспериментальных методов, обработке и интерпретации полученных результатов и подготовке публикаций по результатам работы. Расшифровка отдельных структур проводилась совместно с д.х.н. В.Н. Хрусталёвым и д. ф.-м.н. Я.В. Зубавичусом. В выполнении отдельных экспериментальных разделов работы принимали участие студенты Д.Е. Беликова и А.Д. Рябова под руководством автора. Кристаллохимический анализ структур и выработка концепций расчётов и алгоритмов машинного обучения проводилась совместно с к.х.н. Екатериной Марченко. Реализация алгоритмов машинного обучения проводилась совместно с научными сотрудниками кафедры радиохимии Химического факультета МГУ А.А. Митрофанова и В.В. Королёва, а также Е.И. Марченко.

Работа выполнена в Лаборатории Новых Материалов для Солнечной Энергетики ФНМ МГУ, отдельные части работы выполнялись в сотрудничестве с научными группами химического факультета МГУ, биологического факультета МГУ, ИОХ РАН и Курчатовского института.

Апробация работы состоялась на следующих конференциях и симпозиумах:

International School on Hybrid, Organic and Perovskite Photovoltaics (HOPE-PV, Лозанна,

Швейцария, 2019), Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference (MAPPIC-

9

2019, MAPPIC-2020, MAPPIC-2021); Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов 2021", "Ломоносов 2020", "Ломоносов 2019"; Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии (2018, 2021).

По результатам работы опубликовано 4 статьи в научных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, получен 1 патент.

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, методической части, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложений, изложена на 147 страницах, содержит 96 иллюстраций, 21 таблицу, список использованной литературы включает 134 ссылки.

Заключение диссертации по теме «Химия твердого тела», Фатеев Сергей Анатольевич

5. Выводы

1) Впервые предложена универсальная классификация известных структур слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов на основе нового количественного дескриптора - фактора сдвига слоев, определённого как вектор LSF(^L, Л2), где ^ и t2 -вектора сдвига соседних слоёв в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости слоя.

2) Проведён систематический анализ влияния основных структурных параметров неорганического каркаса слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов на значения ширины запрещённой зоны (Eg). Предложена новая система из шести структурных дескрипторов, включающая фактор сдвига слоев, которые были ранжированы в порядке убывания их влияния на Eg с использованием комбинации методов DFT и алгоритмов машинного обучения. Для ряда модельных структур показана важность учёта совместного влияния отдельных параметров, в частности, установлено значительное увеличение влияния фактора сдвига слоёв на величину Eg в случае уменьшения межслоевых расстояний.

3) Экспериментально установлено формирование новых слоистых перовскитоподобных галогеноплюмбатов с малым межслоевым расстоянием, достигаемым при использовании компактных органических катионов формамидиния (РЛ+), метиламмония (МЛ+) и ацетамидиния (Ac+): FA2PbBr4 (3 полиморфа), ^ЛуМЛ1-у)2РЬ14 (у = 0,75-1,0) и (Лс)МЛРЬ14. Экспериментально подтверждено, что новые слоистые фазы характеризуются пониженными значениями оптической ширины запрещённой зоны в сравнении с известными слоистыми галогеноплюмбатами аналогичных семейств.

4) Установлено, что компактные катионы формамидиния, в отличие от большинства объёмных органических катионов, образуют не только слоистые перовскитоподобные фазы, но также целый ряд фаз, как с более низкой размерностью галогеноплюмбатного каркаса (фазы FAзPbBr5 и FAзPЬI5), так и более высокой, являющейся промежуточной между двумерными и трехмерными структурами (фаза «дефектно-упорядоченного» перовскита ^ЛуМЛ1-у)1.5РЬ1з.5, у = 0,5-0,75). При этом общей закономерностью для низкоразмерных перовскитоподобных фаз состава Л1+пРЬХз+п (Л+ = FA+/MA+, Х- = Вг-, I-) является последовательное понижение размерности неорганического каркаса при увеличении параметра п с сохранением кубической плотнейшей упаковки катионов Л+ и анионов Х-. Таким образом, малоразмерные органические катионы могут «темплатировать» галогеноплюмбатный каркас различной размерности, от

одномерного до трёхмерного, что открывает новые возможности для кристаллохимического дизайна фаз с целевыми оптическими свойствами.

5) Установлено, что в ряду фаз Al+nPbIз+n = FA+/MA+) c при увеличении параметра п наблюдается смещение края поглощения и максимумов фотолюминесценции в сторону больших энергий; полученная экспериментальная зависимость оптических свойств от параметра п согласуется с расчётной зависимостью Eg(n) и отражает тенденцию монотонного увеличения ширины запрещённой зоны с понижением размерности неорганического каркаса.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фатеев Сергей Анатольевич, 2022 год

6. Список используемой литературы

[1] Moller C.K. Crystal structure and photoconductivity of cesium plumbohalides // Nature. 1958. Vol. 182, № 4647. P. 1436.

[2] Dawood R.I., Forty A.J., Tubbs M.R. The photodecomposition of lead iodide // Proc. R. Soc. London. Ser. A. Math. Phys. Sci. The Royal Society London, 1965. Vol. 284, № 1397. P. 272-288.

[3] Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. В 2 т. Т. 1. М.: Бином, 2011. 607 с.

[4] Mitzi D.B. et al. Conducting tin halides with a layered organic-based perovskite structure // Nature. Nature Publishing Group, 1994. Vol. 369, № 6480. P. 467-469.

[5] Mitzi D.B., Liang K. Synthesis, resistivity, and thermal properties of the cubic perovskite NH 2 CH= NH 2 SnI 3 and related systems // J. Solid State Chem. Elsevier, 1997. Vol. 134, № 2. P. 376-381.

[6] Kojima A. et al. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells // J. Am. Chem. Soc. 2009. Vol. 131, № 17. P. 6050-6051.

[7] Lee M.M. et al. Efficient hybrid solar cells based on meso-superstructured organometal halide perovskites // Science (80-. ). American Association for the Advancement of Science, 2012. Vol. 338, № 6107. P. 643-647.

[8] NREL. Best Research-Cell Efficiency Chart [Electronic resource]. 2022. URL: https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.20190802.pdf.

[9] Wang Y. et al. Printing strategies for scaling-up perovskite solar cells // Natl. Sci. Rev. Oxford Academic, 2021. Vol. 8, № 8. P. 2021.

[10] Kumawat N.K., Gupta D., Kabra D. Recent Advances in Metal Halide-Based Perovskite Light-Emitting Diodes // Energy Technol. 2017. Vol. 5, № 10. P. 1734-1749.

[11] С.А. Козюхин, А.А. Шерченков, В.А. Гринберг В.К.И. Солнечные элементы на основе сенсибилизированных широкозонных полупроводников // Наноматериалы: свойства и перспективные приложения. М.: Научный мир, 2015. P. 456.

[12] Correa-Baena J.-P.P. et al. The rapid evolution of highly efficient perovskite solar cells // Energy Environ. Sci. Royal Society of Chemistry, 2017. Vol. 10, № 3. P. 710-727.

[13] Travis W. et al. On the application of the tolerance factor to inorganic and hybrid halide perovskites: A revised system // Chem. Sci. Royal Society of Chemistry, 2016. Vol. 7, № 7. P. 4548-4556.

[14] Kieslich G. et al. Solid-state principles applied to organic-inorganic perovskites: new tricks for an old dog // Chem. Sci. Royal Society of Chemistry, 2014. Vol. 5, № 12. P. 4712-4715.

[15] Lee J.H. et al. Resolving the Physical Origin of Octahedral Tilting in Halide Perovskites // Chem. Mater. 2016. Vol. 28, № 12. P. 4259-4266.

[16] Wang S. et al. Synthesis and Characterization of [NH2C(I):NH2]3MI5 (M = Sn, Pb): Stereochemical Activity in Divalent Tin and Lead Halides Containing Single .ltbbrac.110.rtbbrac. Perovskite Sheets // J. Am. Chem. Soc. ACS Publications, 1995. Vol. 117, № 19. P. 5297-5302.

[17] Xiao Z. et al. Searching for promising new perovskite-based photovoltaic absorbers: the importance of electronic dimensionality // Mater. Horizons. Royal Society of Chemistry, 2017. Vol. 4, № 2. P. 206-216.

[18] Mercier N., Louvain N., Bi W. Structural diversity and retro-crystal engineering analysis of iodometalate hybrids // CrystEngComm. 2009. Vol. 11, № 5. P. 720-734.

[19] Leblanc A. et al. Lead- and Iodide-Deficient (CH 3 NH 3 )PbI 3 ( d -MAPI): The Bridge between 2D and 3D Hybrid Perovskites // Angew. Chemie Int. Ed. 2017. Vol. 56, № 50. P. 16067-16072.

[20] Spanopoulos I. et al. Unraveling the Chemical Nature of the 3D "Hollow" Hybrid Halide Perovskites // J. Am. Chem. Soc. 2018. Vol. 140, № 17. P. 5728-5742.

[21] Wang J. et al. Two-dimensional lead-free halide perovskite materials and devices // J. Mater. Chem. A. 2019. Vol. 7, № 41. P. 23563-23576.

[22] Mitzi D.B. Synthesis, crystal structure, and optical and thermal properties of (C 4H9NH3)2MI4 (M = Ge, Sn, Pb) // Chem. Mater. 1996. Vol. 8, № 3. P. 791-800.

[23] Willett E.R.P. and R.D. et al. Crystal Structure of (CH3CH2CH2NH3)2MnCl4 // J. Chem. Phys. 1999. Vol. 214, № 1. P. 35-37.

[24] Soe C.M.M. et al. New Type of 2D Perovskites with Alternating Cations in the Interlayer Space, (C(NH2)3)(CH3NH3)nPbnI3n+1: Structure, Properties, and Photovoltaic Performance // J. Am. Chem. Soc. 2017. Vol. 139, № 45. P. 16297-16309.

[25] Calabrese J. et al. Preparation and characterization of layered rare earth compound // J. Am. Chem. Soc. 1991. Vol. 113, № 6. P. 2328-2330.

[26] Mao L. et al. Structural Diversity in White-Light-Emitting Hybrid Lead Bromide Perovskites // J. Am. Chem. Soc. 2018. Vol. 140, № 40. P. 13078-13088.

[27] Smith M.D. et al. Broadband Emission with a Massive Stokes Shift from Sulfonium Pb-Br Hybrids // Chem. Mater. 2017. Vol. 29, № 17. P. 7083-7087.

[28] Hoffman J.M. et al. From 2D to 1D Electronic Dimensionality in Halide Perovskites with Stepped and Flat Layers Using Propylammonium as a Spacer // J. Am. Chem. Soc. American

Chemical Society, 2019. Vol. 141, № 27. P. 10661-10676.

[29] Saparov B., Mitzi D.B. Organic-Inorganic Perovskites: Structural Versatility for Functional Materials Design // Chem. Rev. American Chemical Society, 2016. Vol. 116, № 7. P. 45584596.

[30] Mitzi D.B. et al. Conducting layered organic-inorganic halides containing (110) -oriented perovskite sheets // Science (80-. ). 1995. Vol. 267, № 5203. P. 1473-1476.

[31] Mitzi D.B. Synthesis, Structure, and Properties of Organic-Inorganic Perovskites and Related Materials // Progress in Inorganic Chemistry, Volume 48. Wiley Online Library, 2007. P. 1121.

[32] Mao L. et al. Hybrid Dion-Jacobson 2D Lead Iodide Perovskites // J. Am. Chem. Soc. 2018. Vol. 140, № 10. P. 3775-3783.

[33] Marchenko E.I. et al. Database of Two-Dimensional Hybrid Perovskite Materials: Open-Access Collection of Crystal Structures, Band Gaps, and Atomic Partial Charges Predicted by Machine Learning // Chem. Mater. 2020. Vol. 32, № 17. P. 7383-7388.

[34] Szafranski M. Investigation of phase instabilities in guanidinium halogenoplumbates(II) // Thermochim. Acta. 1997. Vol. 307, № 2. P. 177-183.

[35] Daub M., Haber C., Hillebrecht H. Synthesis, Crystal Structures, Optical Properties, and Phase Transitions of the Layered Guanidinium-Based Hybrid Perovskites [C(NH2)]3]2MI4 M = Sn, Pb // Eur. J. Inorg. Chem. 2017. Vol. 2017, № 7. P. 1120-1126.

[36] Wilke M., Casati N. Insight into the Mechanochemical Synthesis and Structural Evolution of Hybrid Organic-Inorganic Guanidinium Lead(II) Iodides // Chem. - A Eur. J. 2018. Vol. 24, № 67. P. 17701-17711.

[37] Nazarenko O. et al. Luminescent and Photoconductive Layered Lead Halide Perovskite Compounds Comprising Mixtures of Cesium and Guanidinium Cations // Inorg. Chem. 2017. Vol. 56, № 19. P. 11552-11564.

[38] Kuznetsova I.Y., Kovaleva I.S., Fedorov V.A. Interaction of lead bromide with cesium and cadmium bromides // Russ. J. Inorg. Chem. 2001. Vol. 46, № 11. P. 1900-1905.

[39] Umebayashi T. et al. Electronic structures of lead iodide based low-dimensional crystals // Phys. Rev. B. 2003. Vol. 67, № 15. P. 155405.

[40] Goesten M.G., Hoffmann R. Mirrors of Bonding in Metal Halide Perovskites // J. Am. Chem. Soc. 2018. Vol. 140, № 40. P. 12996-13010.

[41] Prasanna R. et al. Band Gap Tuning via Lattice Contraction and Octahedral Tilting in Perovskite Materials for Photovoltaics // J. Am. Chem. Soc. 2017. Vol. 139, № 32. P. 11117134

11124.

[42] Fu Y. et al. Metal halide perovskite nanostructures for optoelectronic applications and the study of physical properties // Nat. Rev. Mater. Springer US, 2019. Vol. 4, № 3. P. 169-188.

[43] Dong Q. et al. Electron-hole diffusion lengths > 175 in solution-grown CH3NH3PbI3 single crystals // Science (80-. ). 2015. Vol. 347, № 6225. P. 967-970.

[44] Fakult D.T. Methylammonium Lead Iodide Perovskite for Direct X-ray Detection.

[45] Miyata A. et al. Direct measurement of the exciton binding energy and effective masses for charge carriers in organic-inorganic tri-halide perovskites // Nat. Phys. 2015. Vol. 11, № 7. P. 582-587.

[46] Braly I.L. et al. Hybrid perovskite films approaching the radiative limit with over 90% photoluminescence quantum efficiency // Nat. Photonics. Springer US, 2018. Vol. 12, № 6. P. 355-361.

[47] Han D. et al. Efficient light-emitting diodes based on in situ fabricated FAPbBr3 nanocrystals: The enhancing role of the ligand-assisted reprecipitation process // ACS Nano.

2018. Vol. 12, № 8. P. 8808-8816.

[48] Sutherland B.R., Sargent E.H. Perovskite photonic sources // Nat. Photonics. Nature Publishing Group, 2016. Vol. 10, № 5. P. 295-302.

[49] Katan C., Mercier N., Even J. Quantum and Dielectric Confinement Effects in Lower-Dimensional Hybrid Perovskite Semiconductors // Chem. Rev. 2019. Vol. 119, № 5. P. 3140-3192.

[50] Mao L., Stoumpos C.C., Kanatzidis M.G. Two-Dimensional Hybrid Halide Perovskites: Principles and Promises // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 2019. Vol. 141, № 3. P.1171-1190.

[51] Thrithamarassery Gangadharan D., Ma D. Searching for stability at lower dimensions: Current trends and future prospects of layered perovskite solar cells // Energy Environ. Sci.

2019. Vol. 12, № 10. P. 2860-2889.

[52] Ball J.M., Petrozza A. Defects in perovskite-halides and their effects in solar cells // Nat. Energy. 2016. Vol. 1. P. 16149.

[53] Dunlap-Shohl W.A. et al. Synthetic Approaches for Halide Perovskite Thin Films: review-article // Chem. Rev. American Chemical Society, 2019. Vol. 119, № 5. P. 3193-3295.

[54] Dualeh A. et al. Thermal Behavior of Methylammonium Lead-Trihalide Perovskite Photovoltaic Light Harvesters // Chem. Mater. 2014. Vol. 26, № 21. P. 6160-6164.

[55] Liu Y., Yang Z., Liu S.F. Recent Progress in Single-Crystalline Perovskite Research

Including Crystal Preparation, Property Evaluation, and Applications // Adv. Sci. 2018. Vol. 5, № 1.

[56] Lian Z. et al. Perovskite CH3NH3PbI3(Cl) Single Crystals: Rapid Solution Growth, Unparalleled Crystalline Quality, and Low Trap Density toward 108 cm-3 // J. Am. Chem. Soc. 2016. Vol. 138, № 30. P. 9409-9412.

[57] Paritmongkol W. et al. Synthetic Variation and Structural Trends in Layered Two-Dimensional Alkylammonium Lead Halide Perovskites // Chem. Mater. 2019. Vol. 31, № 15. P.5592-5607.

[58] Dang Y. et al. Bulk crystal growth of hybrid perovskite material CH3NH3PbI3 // CrystEngComm. Royal Society of Chemistry, 2015. Vol. 17, № 3. P. 665-670.

[59] Saidaminov M.I. et al. Retrograde solubility of formamidinium and methylammonium lead halide perovskites enabling rapid single crystal growth // Chem. Commun. Royal Society of Chemistry, 2015. Vol. 51, № 100. P. 17658-17661.

[60] Liu Y. et al. Two-Inch-Sized Perovskite CH3NH3PbX3 (X = Cl, Br, I) Crystals: Growth and Characterization // Adv. Mater. 2015. Vol. 27, № 35. P. 5176-5183.

[61] Jeon N.J. et al. Solvent engineering for high-performance inorganic-organic hybrid perovskite solar cells // Nat. Mater. Nature Publishing Group, 2014. Vol. 13, № 9. P. 897903.

[62] Shi D. et al. Low trap-state density and long carrier diffusion in organolead trihalide perovskite single crystals // Science (80-. ). 2015. Vol. 347, № 6221. P. 519-522.

[63] Burschka J. et al. Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells // Nature. 2013. Vol. 499, № 7458. P. 316-320.

[64] Xiao M. et al. A fast deposition-crystallization procedure for highly efficient lead iodide perovskite thin-film solar cells // Angew. Chemie - Int. Ed. 2014. Vol. 53, № 37. P. 98989903.

[65] Fateev S.A. et al. Solution Processing of Methylammonium Lead Iodide Perovskite from y-Butyrolactone: Crystallization Mediated by Solvation Equilibrium: research-article // Chem. Mater. American Chemical Society, 2018. Vol. 30, № 15. P. 5237-5244.

[66] Im J.-H. et al. Growth of CH3NH3PbI3 cuboids with controlled size for high-efficiency perovskite solar cells // Nat. Nanotechnol. Nature Publishing Group, 2014. Vol. 9, № 11. P. 927-932.

[67] Eperon G.E., Ginger D.S. B-Site Metal Cation Exchange in Halide Perovskites // ACS Energy Lett. 2017. Vol. 2, № 5. P. 1190-1196.

[68] Petrov A.A. et al. A new formation strategy of hybrid perovskites via room temperature reactive polyiodide melts // Mater. Horiz. 2017. Vol. 4, № 4. P. 625-632.

[69] Turkevych I. et al. Strategic advantages of reactive polyiodide melts for scalable perovskite photovoltaics // Nat. Nanotechnol. Springer US, 2019. Vol. 14, № 1. P. 57-63.

[70] Yu C.-J. Advances in modelling and simulation of halide perovskites for solar cell applications // J. Phys. Energy. IOP Publishing, 2019. Vol. 1, № 2. P. 022001.

[71] Zhou X. et al. Recent theoretical progress in the development of perovskite photovoltaic materials // J. Energy Chem. 2018. Vol. 27, № 3. P. 637-649.

[72] Zheng F. et al. Rashba spin-orbit coupling enhanced carrier lifetime in CH3NH3PbI3 // Nano Lett. 2015. Vol. 15, № 12. P. 7794-7800.

[73] Buizza L.R.V., Herz L.M. Polarons and Charge Localization in Metal-Halide Semiconductors for Photovoltaic and Light-Emitting Devices // Adv. Mater. 2021. Vol. 33, № 24. P. 1-19.

[74] Brivio F. et al. Relativistic quasiparticle self-consistent electronic structure of hybrid halide perovskite photovoltaic absorbers // Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys. 2014. Vol. 89, № 15.

[75] Azarhoosh P. et al. Research Update: Relativistic origin of slow electron-hole recombination in hybrid halide perovskite solar cells // Apl Mater. AIP Publishing LLC, 2016. Vol. 4, № 9. P. 91501.

[76] Lu S. et al. Accelerated discovery of stable lead-free hybrid organic-inorganic perovskites via machine learning // Nat. Commun. Nature Publishing Group, 2018. Vol. 9, № 1. P. 1-8.

[77] Wu T., Wang J. Global discovery of stable and non-toxic hybrid organic-inorganic perovskites for photovoltaic systems by combining machine learning method with first principle calculations // Nano Energy. Elsevier, 2019. Vol. 66. P. 104070.

[78] Saidi W.A., Shadid W., Castelli I.E. Machine-learning structural and electronic properties of metal halide perovskites using a hierarchical convolutional neural network // npj Comput. Mater. Nature Publishing Group, 2020. Vol. 6, № 1. P. 1-7.

[79] Chakraborty S. et al. Rational design: a high-throughput computational screening and experimental validation methodology for lead-free and emergent hybrid perovskites // ACS Energy Lett. ACS Publications, 2017. Vol. 2, № 4. P. 837-845.

[80] Nakajima T., Sawada K. Discovery of Pb-free perovskite solar cells via high-throughput simulation on the K computer // J. Phys. Chem. Lett. ACS Publications, 2017. Vol. 8, № 19. P. 4826-4831.

[81] Jacobs R., Luo G., Morgan D. Materials Discovery of stable and nontoxic halide perovskite materials for high-efficiency solar cells // Adv. Funct. Mater. Wiley Online Library, 2019. Vol. 29, № 23. P. 1804354.

[82] Li Y., Yang K. High-throughput computational design of organic--inorganic hybrid halide semiconductors beyond perovskites for optoelectronics // Energy Environ. Sci. Royal Society of Chemistry, 2019. Vol. 12, № 7. P. 2233-2243.

[83] Li Q. et al. Hierarchical computational screening of layered lead-free metal halide perovskites for optoelectronic applications // J. Mater. Chem. A. Royal Society of Chemistry, 2021.

[84] Bruker S. Bruker, SAINT // Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA. 2013.

[85] Krause, L., Herbst-Irmer, R., Sheldrick, G.M., Stalke D.J. SADABS 2016/2 // J. Appl. Cryst. 2016. Vol. 48. P. 3-10.

[86] Sheldrick G.M. A short history of SHELX // Acta Crystallogr. Sect. A Found. Crystallogr. 2008. Vol. 64, № 1. P. 112-122.

[87] Sheldrick G.M. Crystal structure refinement with SHELXL // Acta Crystallogr. Sect. C Struct. Chem. International Union of Crystallography, 2015. Vol. 71, № 1. P. 3-8.

[88] Petricek V., Dusek M., Palatinus L. Crystallographic Computing System JANA2006: General features // Zeitschrift für Krist. - Cryst. Mater. 2014. Vol. 229, № 5. P. 345-352.

[89] Leng K. et al. Molecularly thin two-dimensional hybrid perovskites with tunable optoelectronic properties due to reversible surface relaxation // Nat. Mater. Springer US, 2018. Vol. 17, № 10. P. 908-914.

[90] Li J. et al. Self-trapped state enabled filterless narrowband photodetections in 2D layered perovskite single crystals // Nat. Commun. Nature Publishing Group, 2019. Vol. 10, № 1.

[91] Kitazawa N., Aono M., Watanabe Y. Synthesis and luminescence properties of lead-halide based organicinorganic layered perovskite compounds (CnH2n+1NH3) 2PbI4 (n=4, 5, 7, 8 and 9) // J. Phys. Chem. Solids. Elsevier, 2011. Vol. 72, № 12. P. 1467-1471.

[92] Zhao C. et al. Controlling the Property of Edges in Layered 2D Perovskite Single Crystals: rapid-communication // J. Phys. Chem. Lett. American Chemical Society, 2019. Vol. 10, № 14. P.3950-3954.

[93] Liu G. et al. Influence of the Organic Chain on the Optical Properties of Two-Dimensional Organic-Inorganic Hybrid Lead Iodide Perovskites // ACS Appl. Electron. Mater. 2019. Vol. 1, № 11. P. 2253-2259.

[94] Fu Y. et al. Incorporating Large A Cations into Lead Iodide Perovskite Cages: Relaxed

Goldschmidt Tolerance Factor and Impact on Exciton-Phonon Interaction // ACS Cent. Sci. 2019. Vol. 5, № 8. P. 1377-1386.

[95] Zheng K. et al. Inter-phase charge and energy transfer in Ruddlesden-Popper 2D perovskites: Critical role of the spacing cations // J. Mater. Chem. A. 2018. Vol. 6, № 15. P. 6244-6250.

[96] Tutantsev A.S. et al. New Pigeonholing Approach for Selection of Solvents Relevant to Lead Halide Perovskite Processing // J. Phys. Chem. C. 2020. Vol. 124, № 20. P. 11117-11123.

[97] García-Fernández A. et al. Hybrid lead halide [(CH 3 ) 2 NH 2 ]PbX 3 (X = Cl - and Br - ) hexagonal perovskites with multiple functional properties // J. Mater. Chem. C. 2019.

[98] Fateev S.A. et al. Universal Strategy of 3D and 2D Hybrid Perovskites Single Crystal Growth via In Situ Solvent Conversion // Chem. Mater. 2020. Vol. 32, № 22. P. 9805-9812.

[99] Delley B. From molecules to solids with the DMol3 approach // J. Chem. Phys. 2000. Vol. 113, № 18. P. 7756-7764.

[100] Delley B. An all-electron numerical method for solving the local density functional for polyatomic molecules // J. Chem. Phys. 1990. Vol. 92, № 1. P. 508-517.

[101] Zunger A. Inverse design in search of materials with target functionalities // Nat. Rev. Chem. Nature Publishing Group, 2018. Vol. 2, № 4. P. 121.

[102] Mao L. et al. Seven-Layered 2D Hybrid Lead Iodide Perovskites // Chem. Elsevier Inc., 2019. Vol. 5, № 10. P. 2593-2604.

[103] Mao L. et al. Hybrid Dion-Jacobson 2D Lead Iodide Perovskites // J. Am. Chem. Soc. 2018. Vol. 140, № 10. P. 3775-3783.

[104] Sato M. et al. Structure determination of KLaNb2O7 exhibiting ion exchange ability by X-ray powder diffraction // Solid State Ionics. 1992. Vol. 51, № 1-2. P. 85-89.

[105] Kumada N., Kinomura N., Sleight A.W. CsLaNb2O7 // Acta Crystallogr. Sect. C Cryst. Struct. Commun. 1996. Vol. 52, № Pt 5. P. 1063-1065.

[106] Tremblay M.-H. et al. Structures of (4-Y-C 6 H 4 CH 2 NH 3 ) 2 PbI 4 {Y = H, F, Cl, Br, I}: Tuning of Hybrid Organic Inorganic Perovskite Structures from Ruddlesden-Popper to Dion-Jacobson Limits // Chem. Mater. 2019. Vol. 31, № 16. P. 6145-6153.

[107] Traore B. et al. Composite Nature of Layered Hybrid Perovskites: Assessment on Quantum and Dielectric Confinements and Band Alignment // ACS Nano. ACS Publications, 2018. Vol. 12, № 4. P. 3321-3332.

[108] Fu Y. et al. Cation Engineering in Two-Dimensional Ruddlesden-Popper Lead Iodide Perovskites with Mixed Large A-Site Cations in the Cages // J. Am. Chem. Soc. 2020. Vol. 142, № 8. P. 4008-4021.

[109] Pedesseau L. et al. Advances and Promises of Layered Halide Hybrid Perovskite Semiconductors // ACS Nano. 2016. Vol. 10, № 11. P. 9776-9786.

[110] Smith M.D. et al. The Diversity of Layered Halide Perovskites // Annu. Rev. Mater. Res. 2018. Vol. 48, № 1. P. 111-136.

[111] Smith M.D., Connor B.A., Karunadasa H.I. Tuning the Luminescence of Layered Halide Perovskites: review-article // Chem. Rev. American Chemical Society, 2019. Vol. 119, № 5. P.3104-3139.

[112] Chen Y. et al. 2D Ruddlesden-Popper Perovskites for Optoelectronics // Adv. Mater. 2018. Vol. 30, № 2. P. 1703487.

[113] Marchenko E.I. et al. Layer Shift Factor in Layered Hybrid Perovskites: Univocal Quantitative Descriptor of Composition-Structure-Property Relationships // Chem. Mater. 2021. Vol. 33, № 4. P. 1213-1217.

[114] Petrov A.A. et al. Formamidinium Haloplumbate Intermediates: The Missing Link in a Chain of Hybrid Perovskites Crystallization // Chem. Mater. 2020. Vol. 32, № 18. P. 7739-7745.

[115] Dohner E.R., Hoke E.T., Karunadasa H.I. Self-Assembly of Broadband White-Light Emitters // J. Am. Chem. Soc. 2014. Vol. 136, № 5. P. 1718-1721.

[116] Guo Y.-Y. et al. Structure-directing effects in (110)-layered hybrid perovskites containing two distinct organic moieties // Chem. Commun. 2019. Vol. 55, № 67. P. 9935-9938.

[117] Smith M.D. et al. Structural origins of broadband emission from layered Pb-Br hybrid perovskites // Chem. Sci. 2017. Vol. 8, № 6. P. 4497-4504.

[118] Dohner E.R. et al. Intrinsic White-Light Emission from Layered Hybrid Perovskites // J. Am. Chem. Soc. 2014. Vol. 136, № 38. P. 13154-13157.

[119] Li X. et al. Small Cyclic Diammonium Cation Templated (110)-0riented 2D Halide (X = I, Br, Cl) Perovskites with White-Light Emission // Chem. Mater. 2019. Vol. 31, № 9. P. 35823590.

[120] Li Y.Y. et al. Novel (110) -oriented organic-inorganic perovskite compound stabilized by N-(3-aminopropyl)imidazole with improved optical properties // Chem. Mater. 2006. Vol. 18, № 15. P. 3463-3469.

[121] M^czka M. et al. Layered Lead Iodide of [Methylhydrazinium] 2 PbI 4 with a Reduced Band Gap: Thermochromic Luminescence and Switchable Dielectric Properties Triggered by Structural Phase Transitions // Chem. Mater. 2019. Vol. 31, № 20. P. 8563-8575.

[122] Marchenko E.I. et al. Layer shift factor in layered hybrid perovskites - new univocal quantitative descriptor of composition-structure-property relationships // Chemistry of

Materials. 2021.

[123] Galkowski K. et al. Determination of the exciton binding energy and effective masses for methylammonium and formamidinium lead tri-halide perovskite semiconductors // Energy Environ. Sci. Royal Society of Chemistry, 2016. Vol. 9. P. 962-970.

[124] Kim Y.T.H. et al. High efficiency perovskite light-emitting diodes of ligand-engineered colloidal formamidinium lead bromide nanoparticles // Nano Energy. Elsevier Ltd, 2017. Vol. 38. P. 51-58.

[125] Kondo S., Amaya K., Saito T. Localized optical absorption in Cs4PbBr6 // J. Phys. Condens. Matter. 2002. Vol. 14, № 8. P. 2093-2099.

[126] Akkerman Q.A., Abdelhady A.L., Manna L. Zero-Dimensional Cesium Lead Halides: History, Properties, and Challenges // J. Phys. Chem. Lett. 2018. Vol. 9, № 9. P. 2326-2337.

[127] Petrov A.A. et al. Crystal Structure of DMF-Intermediate Phases Uncovers the Link Between CH3NH3PbI3 Morphology and Precursor Stoichiometry // J. Phys. Chem. C. 2017. Vol. 121, № 38. P.20739-20743.

[128] Mohanty A. et al. Phase Diagram and Dielectric Properties of MA 1- x FA x Pbl 3 // ACS Energy Lett. 2019. Vol. 4, № 9. P. 2045-2051.

[129] de Kozak A. et al. The crystal structure of a new form of the dipotassium pentafluoroaluminate hydrate, K2AlF5- H2O, and of its dehydrate, K2AlF5 // J. Fluor. Chem. 1996. Vol. 77, № 1. P. 39-44.

[130] Stoumpos C.C. et al. Structure-Band Gap Relationships in Hexagonal Polytypes and Low-Dimensional Structures of Hybrid Tin Iodide Perovskites // Inorg. Chem. 2017. Vol. 56, № 1. P. 56-73.

[131] 2D Perovskites Database: open-access database of experimentally investigated hybrid organic-inorganic materials with a two-dimensional (2D) perovskite-like crystal structure.

[132] Fateev S.A. et al. FA2PbBr4: Synthesis, Structure, and Unusual Optical Properties of Two Polymorphs of Formamidinium-Based Layered (110) Hybrid Perovskite // Chem. Mater. 2021. Vol. 33, № 5. P. 1900-1907.

[133] Marchenko E.I. et al. Relationships between Distortions of Inorganic Framework and Band Gap of Layered Hybrid Halide Perovskites // Chem. Mater. 2021. Vol. 33, № 18. P. 75187526.

[134] Tutantsev A.S. et al. Structural Disorder in Layered Hybrid Halide Perovskites: Types of Stacking Faults, Influence on Optical Properties and Their Suppression by Crystallization Engineering // Nanomaterials. 2021. Vol. 11, № 12. P. 3333.