Recent studies of lead halide perovskites demonstrate outstanding optoelectronic properties for thin-film semiconductor device application. Perovskite photovoltaic and light-emitting diodes are on the way to the mass production and spread in commercial semiconductor devices. The lab-to-fab transition of perovskite devices requires adaptation of perovskite deposition methods to industrial semiconductor fabrication standards. In this work, we demonstrated the formation of highly luminescence perovskite films by single-source chemical vapor deposition (ssCVD). Several stoichiometry compositions were prepared from inorganic precursors of CsBr and PbBr2 by dry mechanochemical synthesis with following evaporation. The combination of mechanochemical synthesis and ssCVD is an attractive approach due to the ability to scale up to industrial level and the precise control over the evaporation rate with a single source. Among all compositions CsBr:PbBr2, we show that CsPb2Br5 maintains phase composition and photoluminescent properties for powder and film. This work provides a comparative study of evaporated film properties (PL, XRD, TEM) and modeling calculations of interphase optical transitions.

1.
D. B.
Mitzi
,
Chem. Rev.
119
,
3033
(
2019
).
2.
N. Y.
Nia
,
F.
Matteocci
,
L.
Cina
, and
A. D.
Carlo
,
ChemSusChem
10
,
3854
(
2017
).
3.
Y.
Fu
,
H.
Zhu
,
J.
Chen
,
M. P.
Hautzinger
,
X. Y.
Zhu
, and
S.
Jin
,
Nat. Rev. Mater.
4
,
169
(
2019
).
4.
S.
Makarov
,
A.
Furasova
,
E.
Tiguntseva
,
A.
Hemmetter
,
A.
Berestennikov
,
A.
Pushkarev
,
A.
Zakhidov
, and
Y.
Kivshar
,
Adv. Opt. Mater.
7
,
1800784
(
2019
).
5.
T.
Kirchartz
,
J. A.
Márquez
,
M.
Stolterfoht
, and
T.
Unold
,
Adv. Energy Mater.
10
,
1904134
(
2020
).
6.
S. D.
Stranks
,
R. L. Z.
Hoye
,
D.
Di
,
R. H.
Friend
, and
F.
Deschler
,
Adv. Mater.
31
,
1803336
(
2018
).
7.
L. N.
Quan
,
B. P.
Rand
,
R. H.
Friend
,
S. G.
Mhaisalkar
,
T. W.
Lee
, and
E. H.
Sargent
,
Chem. Rev.
119
,
7444
(
2019
).
8.
J.
Jeong
,
M.
Kim
,
J.
Seo
,
H.
Lu
,
P.
Ahlawat
,
A.
Mishra
,
Y.
Yang
,
M. A.
Hope
,
F. T.
Eickemeyer
,
M.
Kim
,
Y. J.
Yoon
,
I. W.
Choi
,
B. P.
Darwich
,
S. J.
Choi
,
Y.
Jo
,
J. H.
Lee
,
B.
Walker
,
S. M.
Zakeeruddin
,
L.
Emsley
,
U.
Rothlisberger
,
A.
Hagfeldt
,
D. S.
Kim
,
M.
Grätzel
, and
J. Y.
Kim
, Nature 592, 381 (
2021
).
9.
See https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html for the NREL Best Research-Cell Efficiency Chart (Last accessed June 21,
2021
).
10.
X. K.
Liu
,
W.
Xu
,
S.
Bai
,
Y.
Jin
,
J.
Wang
,
R. H.
Friend
, and
F.
Gao
,
Nat. Mater.
20
,
10
(
2020
).
11.
Z.
Fang
,
W.
Chen
,
Y.
Shi
,
J.
Zhao
,
S.
Chu
,
J.
Zhang
, and
Z.
Xiao
,
Adv. Funct. Mater.
30
,
1909754
(
2020
).
12.
K.
Lin
,
J.
Xing
,
L. N.
Quan
,
F. P. G.
de Arquer
,
X.
Gong
,
J.
Lu
,
L.
Xie
,
W.
Zhao
,
D.
Zhang
,
C.
Yan
,
W.
Li
,
X.
Liu
,
Y.
Lu
,
J.
Kirman
,
E. H.
Sargent
,
Q.
Xiong
, and
Z.
Wei
,
Nature
562
,
245
(
2018
).
13.
M.
Jiang
,
Z.
Hu
,
L. K.
Ono
, and
Y.
Qi
,
Nano Res.
14
,
191
(
2020
).
14.
C.
Li
,
H.
Wang
,
F.
Wang
,
T.
Li
,
M.
Xu
,
H.
Wang
,
Z.
Wang
,
X.
Zhan
,
W.
Hu
, and
L.
Shen
,
Light: Sci. Appl.
9
,
31
(
2020
).
15.
M.
Ahmadi
,
T.
Wu
, and
B.
Hu
,
Adv. Mater.
29
,
1605242
(
2017
).
16.
M.
Auf Der Maur
,
A.
Pecchia
,
G.
Penazzi
,
W.
Rodrigues
, and
A. D.
Carlo
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
027401
(
2016
).
17.
M.
Lu
,
Y.
Zhang
,
S.
Wang
,
J.
Guo
,
W. W.
Yu
, and
A. L.
Rogach
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1902008
(
2019
).
18.
E.
Köhnen
,
M.
Jošt
,
A. B.
Morales-Vilches
,
P.
Tockhorn
,
A.
Al-Ashouri
,
B.
Macco
,
L.
Kegelmann
,
L.
Korte
,
B.
Rech
,
R.
Schlatmann
,
B.
Stannowski
, and
S.
Albrecht
,
Sustainable Energy Fuels
3
,
1995
(
2019
).
19.
F.
Sahli
,
J.
Werner
,
B. A.
Kamino
,
M.
Bräuninger
,
R.
Monnard
,
B.
Paviet-Salomon
,
L.
Barraud
,
L.
Ding
,
J. J.
Diaz Leon
,
D.
Sacchetto
,
G.
Cattaneo
,
M.
Despeisse
,
M.
Boccard
,
S.
Nicolay
,
Q.
Jeangros
,
B.
Niesen
, and
C.
Ballif
,
Nat. Mater.
17
,
820
(
2018
).
20.
P.
Tockhorn
,
P.
Wagner
,
L.
Kegelmann
,
J. C.
Stang
,
M.
Mews
,
S.
Albrecht
, and
L.
Korte
,
ACS Appl. Energy Mater.
3
,
1381
(
2020
).
21.
A.
Kojima
,
K.
Teshima
,
Y.
Shirai
, and
T.
Miyasaka
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
6050
(
2009
).
22.
N. J.
Jeon
,
J. H.
Noh
,
Y. C.
Kim
,
W. S.
Yang
,
S.
Ryu
, and
S.
Il Seok
,
Nat. Mater.
13
,
897
(
2014
).
23.
J.
Burschka
,
N.
Pellet
,
S.-J.
Moon
,
R.
Humphry-Baker
,
P.
Gao
,
M. K.
Nazeeruddin
, and
M.
Grätzel
,
Nature
499
,
316
(
2013
).
24.
N. A. N.
Ouedraogo
,
Y.
Chen
,
Y. Y.
Xiao
,
Q.
Meng
,
C. B.
Han
,
H.
Yan
, and
Y.
Zhang
,
Nano Energy
67
,
104249
(
2020
).
25.
F.
De Matteis
,
F.
Vitale
,
S.
Privitera
,
E.
Ciotta
,
R.
Pizzoferrato
,
A.
Generosi
,
B.
Paci
,
L. D.
Mario
,
J. S. P.
Cresi
,
F.
Martelli
, and
P.
Prosposito
,
Crystals
9
,
280
(
2019
).
26.
D.
Huang
,
P.
Xie
,
Z.
Pan
,
H.
Rao
, and
X.
Zhong
,
J. Mater. Chem. A
7
,
22420
(
2019
).
27.
G.
Jiang
,
C.
Guhrenz
,
A.
Kirch
,
L.
Sonntag
,
C.
Bauer
,
X.
Fan
,
J.
Wang
,
S.
Reineke
,
N.
Gaponik
, and
A.
Eychmüller
,
ACS Nano
13
,
10386
(
2019
).
28.
S.
Fisher
,
M.
Hammond
, and
N.
Sandler
, in
Emerging Semiconductor Technology
, edited by
D. C.
Gupta
(
ASTM International
,
West Conshohocken, PA
,
2008
), pp.
33
.
29.
L.
Cojocaru
,
K.
Wienands
,
T. W.
Kim
,
S.
Uchida
,
A. J.
Bett
,
S.
Rafizadeh
,
J. C.
Goldschmidt
, and
S. W.
Glunz
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
26293
(
2018
).
30.
M.
Liu
,
M. B.
Johnston
, and
H. J.
Snaith
,
Nature
501
,
395
(
2013
).
31.
Y.
Hu
,
Q.
Wang
,
Y. L.
Shi
,
M.
Li
,
L.
Zhang
,
Z. K.
Wang
, and
L. S.
Liao
,
J. Mater. Chem. C
5
,
8144
(
2017
).
32.
S.
Xie
,
A.
Osherov
, and
V.
Bulović
,
APL Mater.
8
,
051113
(
2020
).
33.
K.
Sim
,
T.
Jun
,
J.
Bang
,
H.
Kamioka
,
J.
Kim
,
H.
Hiramatsu
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Rev.
6
,
030401
(
2019
).
34.
G.
Longo
,
C.
Momblona
,
M. G.
La-Placa
,
L.
Gil-Escrig
,
M.
Sessolo
, and
H. J.
Bolink
,
ACS Energy Lett.
3
,
214
(
2018
).
35.
H. Y.
Lin
,
C. Y.
Chen
,
B. W.
Hsu
,
Y. L.
Cheng
,
W. L.
Tsai
,
Y. C.
Huang
,
C. S.
Tsao
, and
H. W.
Lin
,
Adv. Funct. Mater.
29
,
1905163
(
2019
).
36.
M.
Ohring
,
Mater. Sci. Thin Film
1
,
277
(
2002
).
37.
M. G.
Peters
,
J. M.
Pinneo
,
K. V.
Ravi
,
L. S.
Plano
, and
CRYSTALLUME MENLO PARK CA,
PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) Diamond Thin Films for Research Instrumentation
(
Defense Technical Information Center
,
1988
).
38.
L.
Zhao
,
W.
Zhang
,
J.
Chen
,
H.
Diao
,
Q.
Wang
, and
W.
Wang
,
Front. Energy
11
,
85
(
2017
).
39.
M.
Messer
,
D.
Andrew
,
M.
Deborah
,
L.
Aimee
,
R.
David
,
B.
John
,
B.
David
,
D.
Russell
,
S.
Darlene
,
A.
Mary Jane
,
G.
William
,
H.
John
, and
A.
Michael
,
Crystalline Silicon Photovoltaic Cells
(
US International Trade Commission
,
2017
); available at https://www.usitc.gov/publications/safeguards/pub4739-vol_i.pdf
40.
C. H.
Hsu
,
Y. S.
Lin
,
H. Y.
Wu
,
X. Y.
Zhang
,
W. Y.
Wu
,
S. Y.
Lien
,
D. S.
Wuu
, and
Y. L.
Jiang
,
Nanomaterials
9
,
1053
(
2019
).
41.
M. N.
Van Den Donker
,
A.
Gordijn
,
H.
Stiebig
,
F.
Finger
,
B.
Rech
, and
B.
Stannowski
,
Solar Energy Materials and Solar Cells
91
,
572
(
2007
).
42.
E.
Terukov
,
A.
Kosarev
,
A.
Abramov
, and
E.
Malchukova
,
Sol. Panels Photovoltaics Mater.
5
,
61
(
2018
).
43.
L.
Qiu
,
S.
He
,
Y.
Jiang
,
D. Y.
Son
,
L. K.
Ono
,
Z.
Liu
,
T.
Kim
,
T.
Bouloumis
,
S.
Kazaoui
, and
Y.
Qi
,
J. Mater. Chem. A
7
,
6920
(
2019
).
44.
C. P.
Clark
,
J. E.
Mann
,
J. S.
Bangsund
,
W.-J.
Hsu
,
E. S.
Aydil
, and
R. J.
Holmes
,
ACS Energy Lett.
5
,
3443
(
2020
).
45.
P.
Luo
,
S.
Zhou
,
W.
Xia
,
J.
Cheng
,
C.
Xu
, and
Y.
Lu
,
Adv. Mater. Interfaces
4
,
1600970
(
2017
).
46.
J.
Yin
,
H.
Qu
,
J.
Cao
,
H.
Tai
,
J.
Li
, and
N.
Zheng
,
J. Mater. Chem. A
4
,
13203
(
2016
).
47.
M. R.
Leyden
,
L. K.
Ono
,
S. R.
Raga
,
Y.
Kato
,
S.
Wang
, and
Y.
Qi
,
J. Mater. Chem. A
2
,
18742
(
2014
).
48.
M. R.
Leyden
,
Y.
Jiang
, and
Y.
Qi
,
J. Mater. Chem. A
4
,
13125
(
2016
).
49.
M. R.
Leyden
,
L.
Meng
,
Y.
Jiang
,
L. K.
Ono
,
L.
Qiu
,
E. J.
Juarez-Perez
,
C.
Qin
,
C.
Adachi
, and
Y.
Qi
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
3193
(
2017
).
50.
M. M.
Tavakoli
,
L.
Gu
,
Y.
Gao
,
C.
Reckmeier
,
J.
He
,
A. L.
Rogach
,
Y.
Yao
, and
Z.
Fan
,
Sci. Rep.
5
,
14083
(
2015
).
51.
L.
Nasi
,
D.
Calestani
,
F.
Mezzadri
,
F.
Mariano
,
A.
Listorti
,
P.
Ferro
,
M.
Mazzeo
, and
R.
Mosca
,
Front. Chem.
8
,
313
(
2020
).
52.
M. J.
Crane
,
D. M.
Kroupa
,
J. Y.
Roh
,
R. T.
Anderson
,
M. D.
Smith
, and
D. R.
Gamelin
,
ACS Appl. Energy Mater.
2
,
4560
(
2019
).
53.
S.
Sanders
,
D.
Stümmler
,
P.
Pfeiffer
,
N.
Ackermann
,
G.
Simkus
,
M.
Heuken
,
P. K.
Baumann
,
A.
Vescan
, and
H.
Kalisch
,
Sci. Rep.
9
,
9774
(
2019
).
54.
S.
Sanders
,
G.
Simkus
,
J.
Riedel
,
A.
Ost
,
A.
Schmitz
,
F.
Muckel
,
G.
Bacher
,
M.
Heuken
,
A.
Vescan
, and
H.
Kalisch
,
J. Mater. Res.
36
,
1813
(
2021
).
55.
D.
Prochowicz
,
M.
Saski
,
P.
Yadav
,
M.
Grätzel
, and
J.
Lewiński
,
Acc. Chem. Res.
52
,
3233
(
2019
).
56.
L.
Martínez-Sarti
,
F.
Palazon
,
M.
Sessolo
, and
H. J.
Bolink
,
Adv. Opt. Mater.
8
,
1901494
(
2020
).
57.
Y.
Zou
,
Z.
Yuan
,
S.
Bai
,
F.
Gao
, and
B.
Sun
,
Mater. Today Nano
5
,
100028
(
2019
).
58.
M.
Sessolo
,
L.
Gil-Escrig
,
G.
Longo
, and
H. J.
Bolink
,
Top. Curr. Chem.
374
,
19
(
2016
).
59.
N.
Armaroli
and
H. J.
Bolink
,
Top. Curr. Chem.
374
,
44
(
2016
).
60.
I. Y.
Kuznetsova
,
I. S.
Kovaleva
, and
V. A.
Fedorov
,
Russ. J. Inorg. Chem.
46
,
1730
(
2001
).
61.
C. K.
Moller
,
Nature
182
,
1436
(
1958
).
62.
R. W. G.
Wyckoff
,
Cryst. Struct.
18
,
139
(
1965
).
63.
M. I.
Saidaminov
,
J. M.
Almutlaq
,
S.
Sarmah
,
I.
Dursun
,
A. A.
Zhumekenov
,
R.
Begum
,
J.
Pan
,
N.
Cho
,
O. F.
Mohammed
, and
O. M.
Bakr
,
ACS Energy Lett.
1
,
840
(
2016
).
64.
M.
Cola
,
V.
Massarotti
,
R.
Riccardi
, and
C.
Sinistri
,
Z. Naturforsch.
26
,
1328
(
1971
).
65.
A.
Ray
,
D.
Maggioni
,
D.
Baranov
,
Z.
Dang
,
M.
Prato
,
Q. A.
Akkerman
,
L.
Goldoni
,
E.
Caneva
,
L.
Manna
, and
A. L.
Abdelhady
,
Chem. Mater.
31
,
7761
(
2019
).
66.
Z.
Gan
,
F.
Zheng
,
W.
Mao
,
C.
Zhou
,
W.
Chen
,
U.
Bach
,
P.
Tapping
,
T. W.
Kee
,
J. A.
Davis
,
B.
Jia
, and
X.
Wen
,
Nanoscale
11
,
14676
(
2019
).
67.
M.
De Bastiani
,
I.
Dursun
,
Y.
Zhang
,
B. A.
Alshankiti
,
X. H.
Miao
,
J.
Yin
,
E.
Yengel
,
E.
Alarousu
,
B.
Turedi
,
J. M.
Almutlaq
,
M. I.
Saidaminov
,
S.
Mitra
,
I.
Gereige
,
A.
Alsaggaf
,
Y.
Zhu
,
Y.
Han
,
I. S.
Roqan
,
J. L.
Bredas
,
O. F.
Mohammed
, and
O. M.
Bakr
,
Chem. Mater.
29
,
7108
(
2017
).
68.
P.
Zeng
,
L.
Wei
,
H.
Zhao
,
R.
Zhang
,
H.
Chen
, and
M.
Liu
,
J. Mater. Chem. C
8
,
9358
(
2020
).
69.
P.
Acharyya
,
P.
Pal
,
P. K.
Samanta
,
A.
Sarkar
,
S. K.
Pati
, and
K.
Biswas
,
Nanoscale
11
,
4001
(
2019
).
70.
J.
Yin
,
H.
Yang
,
K.
Song
,
A. M.
El-Zohry
,
Y.
Han
,
O. M.
Bakr
,
J. L.
Brédas
, and
O. F.
Mohammed
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
5490
(
2018
).
71.
B.
Turedi
,
K. J.
Lee
,
I.
Dursun
,
B.
Alamer
,
Z.
Wu
,
E.
Alarousu
,
O. F.
Mohammed
,
N.
Cho
, and
O. M.
Bakr
,
J. Phys. Chem. C
122
,
14128
(
2018
).
72.
G.
Shao
,
Y.
Zhao
,
Y.
Yu
,
H.
Yang
,
X.
Liu
,
Y.
Zhang
,
W.
Xiang
, and
X.
Liang
,
J. Mater. Chem. C
7
,
13585
(
2019
).
73.
C.
Qin
,
T.
Matsushima
,
A. S. D.
Sandanayaka
,
Y.
Tsuchiya
, and
C.
Adachi
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
5415
(
2017
).
74.
I.
Dursun
,
M.
De Bastiani
,
B.
Turedi
,
B.
Alamer
,
A.
Shkurenko
,
J.
Yin
,
A. M.
El-Zohry
,
I.
Gereige
,
A.
AlSaggaf
,
O. F.
Mohammed
,
M.
Eddaoudi
, and
O. M.
Bakr
,
ChemSusChem
10
,
3746
(
2017
).
75.
H.
Tsai
,
W.
Nie
,
J.-C.
Blancon
,
C. C.
Stoumpos
,
C. M. M.
Soe
,
J.
Yoo
,
J.
Crochet
,
S.
Tretiak
,
J.
Even
,
A.
Sadhanala
,
G.
Azzellino
,
R.
Brenes
,
P. M.
Ajayan
,
V.
Bulović
,
S. D.
Stranks
,
R. H.
Friend
,
M. G.
Kanatzidis
, and
A. D.
Mohite
,
Adv. Mater.
30
,
1704217
(
2017
).
76.
G. H.
Ahmed
,
J.
Yin
,
O. M.
Bakr
, and
O. F.
Mohammed
,
ACS Energy Lett.
6
,
1340
(
2021
).
77.
O. H.-C.
Cheng
,
T.
Qiao
,
M.
Sheldon
, and
D. H.
Son
,
Nanoscale
12
,
13113
(
2020
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.