ヨウ化スズ層状ペロブスカイト型化合物へのドーピングによる導電性制御の試み

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有機層とペロブスカイト層からなるヨウ化スズ層状ペロブスカイト型化合物は、有機溶媒から単結晶が析出する、溶液プロセスが可能な物質である。この物質のas-grown結晶は、微量の自発的なホールドーピングによって高伝導性を示すが、有機カチオンの選択によりドーピング効率も変化することが予想される。そこで本研究では、ドーピングによる導電性の制御を目指し、効果的なドーピングが期待されるジカチオン系を用いた結晶を対象とした積極的なドーピング実験を行った。また、同時に起きていると考えられるカチオン欠損についても調べ、制御する方法を検討した。種々のアンモニウム系有機ジカチオンを用いて単結晶を作製し、それらについてドーピング実験を行った。具体的には、(1)結晶作製時にSnI_2の一部をSnI_4に置換する、(2)SnI_4の置換とカチオン電荷の欠損促進をモノカチオンの添加により同時に行う、という手法を試みた。得られた結晶について、X線構造解析、バンド計算、伝導度測定、熱電能測定を行い、ドーピング効率を比較した。その結果、(1)の方法に比べ、(2)の方法ではドーピング量の増加による低抵抗化が観測され、カチオン欠損促進の導入がドーピング量の向上に効果的であることを見出した。上記実験と並行して、有機カチオンとしてメチルアンモニウムを含むCH_3NH_3SnI_3単結晶についてホール効果測定を行った。その結果、ドーピングによりキャリア濃度は増加していることが確認された。さらに、mobilityはドーピングによりほとんど変化せず、これは比抵抗測定でドーピングの前後で傾きが変化していないという結果とも一致していた。