Recently, a two-dimensional (2D) Ruddlesden–Popper (RP) organic–inorganic hybrid perovskite material (MTEA)2MAn−1PbnI3n+1 (n = 1–6) has attracted great attention, and experiments have reported that the thicker material (MTEA)2(MA)4Pb5I16 (n = 5) perovskite material has excellent environmental stability and improved photovoltaic stability. However, considering that the thickness of the material and the substitution of halogen anions have influence on photoelectric properties of materials. In this paper, we study the photoelectric properties of 2D RP organic–inorganic hybrid perovskite (MTEA)2MAPb2X7 (X = Cl, Br, I) (n = 2) based on the density functional theory. The calculated results show that as the halogen in (MTEA)2MAPb2Cl7 varies from Cl to I, the bandgap decreases, the absorption intensity increases, and the exciton binding energies decrease, which is significantly higher than that of MAPbI3 crystal photovoltaic materials, indicating that the material (MTEA)2MAPb2X7 (X = Cl, Br, and I) (n = 2) is more suitable as candidates for luminescent devices. Our work provides opportunities and challenges for the application of 2D RP organic–inorganic hybrid perovskites in luminescent devices.

1.
J.
Yin
,
H.
Li
,
D.
Cortecchia
,
C.
Soci
, and
J. L.
Bredas
,
ACS Energy Lett.
2
,
417
423
(
2017
).
2.
X.
Xiao
,
J.
Dai
,
Y. J.
Fang
,
J. J.
Zhao
,
X. P.
Zheng
,
S.
Tang
,
P. N.
Rudd
,
X. C.
Zeng
, and
J. S.
Huang
,
ACS Energy Lett.
3
,
684
688
(
2018
).
3.
W. F.
Fu
,
J.
Wang
,
L. J.
Zuo
,
K.
Gao
,
F.
Liu
,
D. S.
Ginger
, and
A. K. Y.
Jen
,
ACS Energy Lett.
3
,
2086
2093
(
2018
).
4.
S.
Chen
,
N.
Shen
,
L. Z.
Zhang
,
W. G.
Kong
,
L. H.
Zhang
,
C.
Cheng
, and
B. M.
Xu
,
J. Mater. Chem. A
7
,
9542
(
2019
).
5.
J. C.
Sun
,
J.
Wu
,
X.
Tong
,
F.
Lin
,
Y. A.
Wang
, and
Z. M. M.
wang
,
Adv. Sci.
5
,
1700780
(
2018
).
6.
T.-P.
Chen
,
J.-X.
Lin
,
C.-C.
Lin
, and
C.-W.
Chen
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
13
,
10279
10286
(
2021
).
7.
H.
Tsai
,
W.
Nie
,
J. C.
Blancon
,
C. C.
Stoumpos
,
R.
Asadpour
,
B.
Harutyunyan
,
A. J.
Neukirch
,
R.
Verduzco
,
J. J.
Crochet
,
S.
Tretiak
,
L.
Pedesseau
,
J.
Even
,
M. A.
Alam
,
G.
Gupta
,
J.
Lou
,
P. M.
Ajayan
,
M. J.
Bedzyk
, and
M. G.
Kanatzidis
,
Nature
536
,
312
316
(
2016
).
8.
Y. B.
Li
,
T.
Yang
,
Z. Y.
Xu
, and
Z. H.
Sun
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
59
,
3429
(
2020
).
9.
D. A.
Baghdasaryan
,
E. S.
Hakobyan
,
D. B.
Hayrapetyan
,
I. V.
Iorsh
,
I. A.
Shelykh
, and
V.
Shahnazaryan
,
Phys. Rev. Mater.
6
,
034003
(
2022
).
10.
E.
Shi
,
B.
Yuan
,
S. B.
Shiring
,
Y.
Gao
,
Akriti
,
Y.
Guo
,
C.
Su
,
M.
Lai
,
P.
Yang
,
J.
Kong
,
B. M.
Savoie
,
Y.
Yu
, and
L.
Dou
,
Nature
580
,
614
620
(
2020
).
11.
Y.-T.
Li
,
L.
Han
,
H.
Liu
,
K.
Sun
,
D.
Luo
,
X.-L.
Guo
,
D.-L.
Yu
, and
T.-L.
Ren
,
ACS Appl. Electron. Mater.
4
,
547
567
(
2022
).
12.
P. R.
Liu
,
S. W.
Yu
, and
S. J.
Xiao
,
Sustainable Energy Fuels
5
,
3950
3978
(
2021
).
13.
P.
Cheng
,
Z.
Xu
,
J. B.
Li
,
Y. C.
Liu
,
Y. Y.
Fan
,
L. Y.
Yu
,
D. M.
Smilgies
,
C.
Müller
,
K.
Zhao
, and
S. Z. F.
Liu
,
ACS Energy Lett.
3
,
1975
1982
(
2018
).
14.
Q. H.
Li
,
Y. F.
Ding
,
P. B.
He
,
R. S.
Zeng
,
Q.
Wan
, and
M. Q.
Cai
,
J. Phys. Chem. Lett.
12
,
3809
3818
(
2021
).
15.
S.
Yang
,
J.
Li
,
P. X.
Song
,
N.
Guo
,
J. Q.
Liu
, and
J. J.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
120
,
263501
(
2022
).
16.
I.
Hamdi
,
Y.
Han
,
F.
Aouaini
,
J. H.
Seo
,
H.-J.
Koo
,
M. M.
Turnbull
,
B.
Walker
 et al,
J. Mater. Chem. C
10
,
3738
(
2022
).
17.
H.
Ren
,
S. D.
Yu
,
L. F.
Chao
,
Y. D.
Xia
,
Y. H.
Sun
,
S. W.
Zuo
,
F.
Li
,
T. T.
Niu
,
Y. G.
Yang
,
H. X.
Ju
,
B. X.
Li
,
H. Y.
Du
,
X. Y.
Gao
,
J.
Zhang
,
J. P.
Wang
,
L. J.
Zhang
,
Y. H.
Chen
, and
W.
Huang
,
Nat. Photonics
14
,
154
(
2020
).
18.
Z. C.
Yuan
,
Y. G.
Yang
,
Z. W.
Wu
,
S.
Bai
,
W. D.
Xu
,
T.
Song
,
X. Y.
Gao
,
F.
Gao
, and
B. Q.
Sun
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
8
,
34446
34454
(
2016
).
19.
L. Y.
Pan
,
Y. F.
Ding
,
Z. L.
Yu
,
Q.
Wan
,
B.
Liu
, and
M. Q.
Cai
,
J. Power Sources
451
,
227732
(
2020
).
20.
H. H.
Li
,
C. F.
Wang
,
Y. X.
Wu
,
F.
Jiang
,
C.
Shi
,
H. Y.
Ye
, and
Y.
Zhang
,
Chem. Commun.
56
,
1697
(
2020
).
21.
M. W.
Zeng
,
Y. Q.
Zhao
, and
M. Q.
Cai
,
Phys. Rev. Appl.
16
,
054019
(
2021
).
22.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
).
23.
G.
Sun
,
J.
Kürti
,
P.
Rajczy
,
M.
Kertesz
,
J.
Hafner
, and
G.
Kresse
,
J. Mol. Struct.
624
,
37
(
2003
).
24.
B.
Liu
,
M.
Long
,
M.-Q.
Cai
, and
J.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
043901
(
2018
).
25.
B.
Liu
,
L.-J.
Wu
,
Y.-Q.
Zhao
,
L.-Z.
Wang
, and
M.-Q.
Cai
,
Eur. Phys. J. B
89
,
80
(
2016
).
26.
D. J.
Yang
,
Y. H.
Du
,
Y. Q.
Zhao
,
Z. L.
Yu
, and
M. Q.
Cai
,
Phys. Status Solidi B
256
,
1800540
(
2019
).
27.
D.-N.
Yan
,
C.-S.
Liao
,
Y.-Q.
Zhao
,
B.
Liu
,
J.-L.
Yang
, and
M.-Q.
Cai
,
J. Phys. D
53
,
265302
(
2020
).
28.
P. E.
Blöchl
, “
Projector augmented-wave method
,”
Phys. Rev. B
50
,
17953
(
1994
).
29.
D.
Cao
,
M.-Q.
Cai
,
W. Y.
Hu
, and
C.-M.
Xu
,
J. Appl. Phys.
109
,
114107
(
2011
).
30.
Z.-L.
Yu
,
Y.-Q.
Zhao
,
Q.
Wan
,
B.
Liu
,
J.-L.
Yang
, and
M.-Q.
Cai
,
J. Phys.
32
,
205504
(
2020
).
31.
Z.
Xu
,
M.
Chen
, and
S.-F.
Liu
,
J. Phys. Chem. C
123
,
27978
(
2019
).
32.
J.
Even
,
L.
Pedesseau
,
J.-M.
Jancu
, and
C.
Katan
,
J. Phys. Chem. Lett.
4
,
2999
(
2013
).
33.
J.
Heyd
,
G. E.
Scuseria
, and
M.
Ernzerhof
,
J. Chem. Phys.
118
,
8207
(
2003
).
34.
A.
Bala
and
V.
Kumar
,
Phys. Rev. Mater.
5
,
095401
(
2021
).
35.
X.
Huang
,
Y.-H.
Wang
,
Y.-K.
Weng
,
Z.-H.
Yang
, and
S.
Dong
,
Phys. Rev. Mater.
4
,
104601
(
2020
).
36.
K.
Momma
and
F.
Izumi
,
J. Appl. Crystallogr.
41
,
653
658
(
2008
).
37.
Y. Q.
Zhao
,
Z. S.
Liu
,
G. Z.
Nie
,
Z. H.
Zhu
,
Y. F.
Chai
,
J. N.
Wang
,
M. Q.
Cai
, and
S. L.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
173104
(
2021
).
38.
X. Z.
Deng
,
J. R.
Zhang
,
Y. Q.
Zhao
,
Z. L.
Yu
,
J. L.
Yang
, and
M. Q.
Cai
,
J. Phys.
32
,
065004
(
2020
).
39.
D. B.
Straus
and
C. R.
Kagan
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
1434
1447
(
2018
).
40.
S.
Baroni
and
R.
Resta
,
Phys. Rev. B
33
,
7017
7021
(
1986
).
41.
L. J.
Wu
,
Y. Q.
Zhao
,
C. W.
Chen
,
L. Z.
Wang
,
B.
Liu
, and
M. Q.
Cai
,
Chin. Phys. B
25
,
107202
(
2016
).
42.
Q.
Chen
,
L. M.
Tang
,
K. Q.
Chen
, and
H. K.
Zhao
,
J. Appl. Phys.
114
,
084301
(
2013
).
43.
H.
Ying
,
W. X.
Zhou
,
K. Q.
Chen
, and
G.
Zhou
,
Comput. Mater. Sci.
82
,
33
36
(
2014
).
44.
M. Q.
Cai
and
C. H.
Woo
,
J. Appl. Phys.
109
,
024103
(
2011
).
45.
M. Q.
Cai
,
Y.
Zheng
,
B.
Wang
, and
G. W.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
232901
(
2009
).
46.
J. K.
Quan
,
S. D.
Yu
,
B. Y.
Xing
,
X.
He
, and
L. J.
Zhang
,
Phys. Rev. Mater.
6
,
065405
(
2022
).
47.
R.
Steudel
,
Angew. Chem., Int. Ed.
14
,
655
720
(
1975
).
48.
M.
Javed
,
M.
Benkraouda
, and
N.
Amrane
,
Int. J. Energy Res.
46
,
18588
18608
(
2022
).
49.
J.
Yin
,
P.
Maity
, and
L.-J.
Xu
,
Chem. Mater.
30
,
8538
8545
(
2018
).
50.
L.-Y.
Pan
,
Y.-F.
Ding
,
H.-Q.
Liu
, and
M.-Q.
Cai
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
23
,
23703
23710
(
2021
).
51.
M.-R.
Yan
,
Y.-F.
Ding
,
B.
Liu
,
R.-S.
Zeng
,
Q.
Wan
, and
M.-Q.
Cai
,
J. Phys. D
54
,
355110
(
2021
).
52.
C.-S.
Liao
,
Z.-L.
Yu
,
P.-B.
He
,
B.
Liu
,
R.-S.
Zeng
,
Q.
Wan
, and
M.-Q.
Cai
,
J. Colloid Interface Sci.
597
,
233
241
(
2021
).
53.
W.
Shockley
and
H. J.
Queisser
,
J. Appl. Phys.
32
,
510
(
1961
).
54.
C.-X.
Qian
,
M.-Z.
Wang
,
S.-S.
Lu
 et al,
Appl. Phys. Lett.
120
,
011901
(
2022
).
55.
P.
Basera
,
M.
Kumar
,
S.
Saini
, and
S.
Bhattacharya
,
Phys. Rev. B
101
,
054108
(
2020
).
56.
U.-G.
Jong
,
C.-J.
Yu
,
J.-S.
Ri
,
N.-H.
Kim
, and
G.-C.
Ri
,
Phys. Rev. B
94
,
125139
(
2016
).
57.
Y.-L.
Chen
,
D.-N.
Yan
,
M.-W.
Zeng
,
C.-S.
Liao
, and
M.-Q.
Cai
,
J. Phys.
34
,
065501
(
2022
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.