메틸람모늄 납 할로겐화

Methylammonium lead halide
CHNHPbX333 결정 구조.[1]

MALHs(Methylammonium lead halides, MALHs)는 페로브스카이트 구조와333 CHNHPbX의 화학식을 가진 고체 화합물이다. 여기서 X = I, Br 또는 Cl. 태양전지,[2] 레이저, 발광다이오드, 광검출기, 방사선 검출기,[3][4] 섬광기,[5] 자기광학 데이터 저장[6] 및 수소 생산에 응용할 수 있다.[7]

속성 및 합성

CHNHPbX333 입방 결정 구조에서 메틸람모늄 계통(CHNH33+)은 PbX6 옥타헤드라로 둘러싸여 있다. X 이온은 고정되지 않고 0.6 eV의 활성화 에너지로 결정체를 통해 이동할 수 있으며, 이주는 공실을 보조한다.[1] 메틸람모늄 양이온은 우리 안에서 회전할 수 있다. 상온에서 이온들은 단위 세포의 얼굴 방향을 향해 CN 축을 정렬하고 분자들은 3 ps 시간 척도에서 6개 얼굴 방향 중 다른 쪽으로 무작위로 변경한다.[8]

110°C에서 감마부티롤락톤에서 CHNHPbI333 단일 결정의 성장. 노란색은 납에서 발원한다.II)[7] 요오드화 전구체
80°C에서 디메틸포름아미드 내 CHNHPbBr333 단일 결정의 성장.[7]

Dimethylformamide의 CHNHPbBr의333 경우 20°C에서 0.8g/mL에서 80°C에서 0.3g/mL로 MAL의 용해도가 증가하면 온도가 크게 감소한다. 이 성질은 CHNHX와33 PbX2 가루 혼합물을 전구체로 사용하여 MALH 단일 결정과 용액에서 나오는 필름의 성장에 사용된다. 성장률은 CHNHPbI의333 경우 시간당 3~20mm이며3 CHNHPbBr333 결정의 경우 시간당 38mm에3 이른다.[7]

그 결과로 생긴 결정들은 측정이 가능하며 상온으로 식으면 성장용액에서 용해된다. CHNHPbBr의333 경우 2.18 eV, CHNHPbI의333 경우 1.51 eV의 밴드를 갖추고 있으며, 각각의 캐리어 모빌리티는 24 및 67 cm2/(V/s)이다.[7] CHNHPbI의333 경우 상온에서 열전도율이 약 0.5W/(K·m)로 예외적으로 낮다.[9]

CHNHPbX의333 광선구성 및 열분해

초기에는 물이 CHNH32 및 HI 가스를 방출하는 상황에서 CHNHPbI에333 대해 제안된 분해 경로 메커니즘이 페로브스카이트 태양전지 연구자들에 의해 광범위하게 채택되었다. 이후 CHNHPbI의333 고온(> 360°C) 열 저하 시 배출되는 주요 가스가 요오드화 메틸(CI3)과 암모니아(NH3)인 것으로 밝혀졌다.[11] [12]

2017년에는 수증기가 있는 곳에서 CHNHI33 소금이 CHNHPbI333 페로브스카이트의 분해 산물이 될 수 없다는 것이 현장 XPS 측정을 사용하여 추론되었다.[13]

CHNHPbBr에333 대해 유사한 고온 열화 반응이 확인됨

또한, 광전지 운전과 호환되는 저온 조건(< 100 °C)에서의 고해상도 질량 분광 분석 측정 결과 CHNHPbI는333 가역성을 겪게 된다.

조명 또는 열 펄스를 적용할 [14]때 진공 상태에서 되돌릴 수 없는 화학 분해 반응


최근에는 임의 혼합 하이브리드 할로브스키트의 내성 화학 안정성을 정량화하는 방법이 제안되고 있다. [15]

적용들

MALH는 태양전지, 레이저,[16] 발광다이오드, 광검출기, 방사선 검출기,[4] 섬광기[5] 및 수소 생산에 잠재적 응용 분야를 가지고 있다.[7] MALH 태양전지의 전력 변환 효율이 19%[17][18]를 넘는다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b Eames, Christopher; Frost, Jarvist M.; Barnes, Piers R. F.; o'Regan, Brian C.; Walsh, Aron; Islam, M. Saiful (2015). "Ionic transport in hybrid lead iodide perovskite solar cells". Nature Communications. 6: 7497. Bibcode:2015NatCo...6.7497E. doi:10.1038/ncomms8497. PMC 4491179. PMID 26105623.
  2. ^ Kojima, Akihiro; Teshima, Kenjiro; Shirai, Yasuo; Miyasaka, Tsutomu (2009-05-06). "Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells". Journal of the American Chemical Society. 131 (17): 6050–6051. doi:10.1021/ja809598r. ISSN 0002-7863. PMID 19366264.
  3. ^ Náfrádi, Bálint (October 16, 2015). "Methylammonium Lead Iodide for Efficient X-ray Energy Conversion". J. Phys. Chem. C. 2015 (119): 25204–25208. doi:10.1021/acs.jpcc.5b07876.
  4. ^ a b Yakunin, S.; Dirin, D.; Shynkarenko, Y.; Morad, V.; Cherniukh, I.; Nazarenko, O.; Kreil, D.; Nauser, T.; Kovalenko, M. (2016). "Detection of gamma photons using solution-grown single crystals of hybrid lead halide perovskites". Nature Photonics. 10 (9): 585–589. Bibcode:2016NaPho..10..585Y. doi:10.1038/nphoton.2016.139. hdl:20.500.11850/118934.
  5. ^ a b Birowosuto, M. D. (16 November 2016). "X-ray Scintillation in Lead Halide Perovskite Crystals". Sci. Rep. 6: 37254. arXiv:1611.05862. Bibcode:2016NatSR...637254B. doi:10.1038/srep37254. PMC 5111063. PMID 27849019.
  6. ^ Náfrádi, Bálint (24 November 2016). "Optically switched magnetism in photovoltaic perovskite CH3NH3(Mn:Pb)I3". Nature Communications. 7: 13406. arXiv:1611.08205. Bibcode:2016NatCo...713406N. doi:10.1038/ncomms13406. PMC 5123013. PMID 27882917.
  7. ^ a b c d e f Saidaminov, Makhsud I.; Abdelhady, Ahmed L.; Murali, Banavoth; Alarousu, Erkki; Burlakov, Victor M.; Peng, Wei; Dursun, Ibrahim; Wang, Lingfei; He, Yao; MacUlan, Giacomo; Goriely, Alain; Wu, Tom; Mohammed, Omar F.; Bakr, Osman M. (2015). "High-quality bulk hybrid perovskite single crystals within minutes by inverse temperature crystallization". Nature Communications. 6: 7586. Bibcode:2015NatCo...6.7586S. doi:10.1038/ncomms8586. PMC 4544059. PMID 26145157.
  8. ^ Bakulin, A.A.; Selig, O.; Bakker, H.J.; Rezus, Y.L.A.; Muller, C.; Glaser, T.; Lovrincic, R.; Sun, Z.; Chen, Z.; Walsh, A.; Frost, J.M.; Jansen, T.L.C. (2015). "Real-Time Observation of Organic Cation Reorientation in Methylammonium Lead Iodide Perovskites" (PDF). J. Phys. Chem. Lett. 6 (18): 3663–3669. doi:10.1021/acs.jpclett.5b01555. hdl:10044/1/48952. PMID 26722739.
  9. ^ Pisoni, Andrea; Jaćimović, Jaćim; Barišić, Osor S.; Spina, Massimo; Gaál, Richard; Forró, László; Horváth, Endre (2014). "Ultra-Low Thermal Conductivity in Organic–Inorganic Hybrid Perovskite CH3NH3PbI3". The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (14): 2488–2492. arXiv:1407.4931. doi:10.1021/jz5012109. PMID 26277821. S2CID 33371327.
  10. ^ Frost, Jarvist M.; Butler, Keith T.; Brivio, Federico; Hendon, Christopher H.; van Schilfgaarde, Mark; Walsh, Aron (2014). "Atomistic Origins of High-Performance in Hybrid Halide Perovskite Solar Cells". Nano Letters. 14 (5): 2584–2590. arXiv:1402.4980. Bibcode:2014NanoL..14.2584F. doi:10.1021/nl500390f. ISSN 1530-6984. PMC 4022647. PMID 24684284.
  11. ^ Juarez-Perez, Emilio J.; Hawash, Zafer; Raga, Sonia R.; Ono, Luis K.; Qi, Yabing (2016). "Thermal degradation of CH3NH3PbI3 perovskite into NH3 and CH3I gases observed by coupled thermogravimetry–mass spectrometry analysis". Energy Environ. Sci. 9 (11): 3406–3410. doi:10.1039/C6EE02016J. ISSN 1754-5692.
  12. ^ Williams, Alice E.; Holliman, Peter J.; Carnie, Matthew J.; Davies, Matthew L.; Worsley, David A.; Watson, Trystan M. (2014). "Perovskite processing for photovoltaics: a spectro-thermal evaluation". J. Mater. Chem. A. 2 (45): 19338–19346. doi:10.1039/C4TA04725G. ISSN 2050-7488.
  13. ^ Chun-Ren Ke, Jack; Walton, Alex S.; Lewis, David J.; Tedstone, Aleksander; O'Brien, Paul; Thomas, Andrew G.; Flavell, Wendy R. (2017-05-04). "In situ investigation of degradation at organometal halide perovskite surfaces by X-ray photoelectron spectroscopy at realistic water vapour pressure". Chem. Commun. 53 (37): 5231–5234. doi:10.1039/c7cc01538k. ISSN 1364-548X. PMID 28443866.
  14. ^ a b Juarez-Perez, Emilio J.; Ono, Luis K.; Maeda, Maki; Jiang, Yan; Hawash, Zafer; Qi, Yabing (2018). "Photodecomposition and thermal decomposition in methylammonium halide lead perovskites and inferred design principles to increase photovoltaic device stability". Journal of Materials Chemistry A. 6 (20): 9604–9612. doi:10.1039/C8TA03501F.
  15. ^ García-Fernández, Alberto; Juarez-Perez, Emilio J.; Castro-García, Socorro; Sánchez-Andújar, Manuel; Ono, Luis K.; Jiang, Yan; Qi, Yabing (2018). "Benchmarking Chemical Stability of Arbitrarily Mixed 3D Hybrid Halide Perovskites for Solar Cell Applications". Small Methods. 2 (10): 1800242. doi:10.1002/smtd.201800242.
  16. ^ Deschler, Felix; Price, Michael; Pathak, Sandeep; Klintberg, Lina E.; Jarausch, David-Dominik; Higler, Ruben; Hüttner, Sven; Leijtens, Tomas; Stranks, Samuel D.; Snaith, Henry J.; Atatüre, Mete; Phillips, Richard T.; Friend, Richard H. (2 April 2014). "High Photoluminescence Efficiency and Optically Pumped Lasing in Solution-Processed Mixed Halide Perovskite Semiconductors". The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (8): 1421–1426. doi:10.1021/jz5005285. PMID 26269988.
  17. ^ Zhou, H.; Chen, Q.; Li, G.; Luo, S.; Song, T.-b.; Duan, H.-S.; Hong, Z.; You, J.; Liu, Y.; Yang, Y. (2014). "Interface engineering of highly efficient perovskite solar cells". Science. 345 (6196): 542–6. Bibcode:2014Sci...345..542Z. doi:10.1126/science.1254050. PMID 25082698. S2CID 32378923.
  18. ^ Heo, Jin Hyuck; Song, Dae Ho; Han, Hye Ji; Kim, Seong Yeon; Kim, Jun Ho; Kim, Dasom; Shin, Hee Won; Ahn, Tae Kyu; Wolf, Christoph; Lee, Tae-Woo; Im, Sang Hyuk (2015). "Planar CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cells with Constant 17.2% Average Power Conversion Efficiency Irrespective of the Scan Rate". Advanced Materials. 27 (22): 3424–30. doi:10.1002/adma.201500048. PMID 25914242.