Methylamoniumhalogenid - Methylammonium lead halide

Methylamoniumhalogenidy (MALH) jsou pevné sloučeniny s perovskitová struktura a chemický vzorec CH3NH3Telefonní ústředna3, kde X = I, Br nebo Cl. Mají potenciální aplikace v solární články, lasery, diody vyzařující světlo, fotodetektory, detektory záření[2][3], scintilátor[4], magnetooptické úložiště dat[5] a výroba vodíku.[6]
Vlastnosti a syntéza
V CH3NH3Telefonní ústředna3 krychlová krystalová struktura methylamonný kation (CH3NH3+) je obklopen PbX6 oktaedra. Ionty X nejsou fixovány a mohou migrovat přes krystal s aktivační energií 0,6 eV; migraci podporuje volné místo.[1] Methylamoniové kationty se mohou ve svých klecích otáčet. Při pokojové teplotě mají ionty osu CN zarovnanou směrem k čelním směrům jednotkových buněk a molekuly se náhodně mění do jiného ze šesti směrů obličeje na časové stupnici 3 ps.[7]
Rozpustnost MALH silně klesá se zvýšenou teplotou: od 0,8 g / ml při 20 ° C do 0,3 g / ml při 80 ° C pro CH3NH3PbI3 v dimethylformamidu. Tato vlastnost se používá při růstu monokrystalů MALH a filmů z roztoku za použití směsi CH3NH3X a PbX2 prášky jako předchůdce. Tempo růstu je 3–20 mm3/ hod pro CH3NH3PbI3 a dosáhnout 38 mm3/ hod pro CH3NH3PbBr3 krystaly.[6]
Výsledné krystaly jsou metastabilní a po ochlazení na teplotu místnosti se rozpustí v růstovém roztoku. Oni mají bandgaps 2,18 eV pro CH3NH3PbBr3 a 1,51 eV pro CH3NH3PbI3, zatímco jejich mobilní mobilita je 24 a 67 cm2/ (V · s).[6] Jejich tepelná vodivost je výjimečně nízká, ~ 0,5 W / (K · m) při teplotě místnosti pro CH3NH3PbI3.[8]
Fotodekompozice a termický rozklad CH3NH3Telefonní ústředna3
Zpočátku navrhovaný mechanismus dráhy rozkladu pro CH3NH3PbI3 v přítomnosti vody[9]uvolnění CH3NH2 a HI plyny široce přijali vědci v perovskitový solární článek. Později bylo zjištěno, že hlavní plyny uvolňované při vysoké teplotě (> 360 ° C) při tepelné degradaci CH3NH3PbI3 jsou methyljodid (CH3I) a amoniak (NH3).[10][11]
V roce 2017 to bylo odvozeno pomocí in situ XPS měření, která v přítomnosti vodní páry, CH3NH3Sůl nemůže být produktem degradace CH3NH3PbI3 perovskit.[12]
Podobná vysokoteplotní degradační reakce byla potvrzena pro CH3NH3PbBr3 [13]
Dále vysoké rozlišení hmotnostní spektrometrie měření při nízkých teplotách (<100 ° C) kompatibilní s fotovoltaickým provozem zjistila, že CH3NH3PbI3 prochází reverzibilní,
a nevratné chemické rozkladné reakce ve vakuu při aplikaci osvětlení nebo tepelných pulzů.[13]
Nedávno byla navržena metoda kvantifikace vnitřní chemické stability libovolně smíšených hybridních halogenidových perovskitů. [14]
Aplikace
MALH mají potenciální aplikace v solární články, lasery [15], diody vyzařující světlo, fotodetektory, detektory záření [3], scintilátor[4] a výroba vodíku.[6] Účinnost přeměny energie solárních článků MALH přesahuje 19%.[16][17]
Viz také
Reference
- ^ A b Eames, Christopher; Frost, Jarvist M .; Barnes, Piers R. F .; o'Regan, Brian C .; Walsh, Aron; Islam, M. Saiful (2015). „Iontový transport v hybridních solárních článcích jodidu olovnatého perovskitu“. Příroda komunikace. 6: 7497. Bibcode:2015NatCo ... 6.7497E. doi:10.1038 / ncomms8497. PMC 4491179. PMID 26105623.
- ^ Náfrádi, Bálint (16. října 2015). „Methylamonium-jodid pro efektivní přeměnu rentgenové energie“. J. Phys. Chem. C. 2015 (119): 25204–25208. doi:10.1021 / acs.jpcc.5b07876.
- ^ A b Yakunin, S .; Dirin, D .; Shynkarenko, Y .; Morad, V .; Cherniukh, I .; Nazarenko, O .; Kreil, D .; Nauser, T .; Kovalenko, M. (2016). „Detekce gama fotonů pomocí monokrystalů pěstovaných v roztoku hybridních perovskitů olovnatého olova“. Přírodní fotonika. 10 (9): 585–589. Bibcode:2016NaPho..10..585Y. doi:10.1038 / nphoton.2016.139. hdl:20.500.11850/118934.
- ^ A b Birowosuto, M. D. (16. listopadu 2016). "Rentgenová scintilace v krystalech perovskitových halogenidů olova". Sci. Rep. 6: 37254. arXiv:1611.05862. Bibcode:2016NatSR ... 637254B. doi:10.1038 / srep37254. PMC 5111063. PMID 27849019.
- ^ Náfrádi, Bálint (24. listopadu 2016). „Opticky přepínaný magnetismus ve fotovoltaickém perovskitu CH3NH3 (Mn: Pb) I3“. Příroda komunikace. 7: 13406. arXiv:1611.08205. Bibcode:2016NatCo ... 713406N. doi:10.1038 / ncomms13406. PMC 5123013. PMID 27882917.
- ^ 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; On, Yao; MacUlan, Giacomo; Goriely, Alain; Wu, Tom; Mohammed, Omar F .; Bakr, Osman M. (2015). „Vysoce kvalitní hromadné hybridní jednotlivé krystaly perovskitu během několika minut krystalizací s inverzní teplotou“. Příroda komunikace. 6: 7586. Bibcode:2015NatCo ... 6,7586S. doi:10.1038 / ncomms8586. PMC 4544059. PMID 26145157.
- ^ 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). "Pozorování přeorientování organických kationtů v peryskitech olověných jodidů v methylamoniu v reálném čase" (PDF). J. Phys. Chem. Lett. 6 (18): 3663–3669. doi:10.1021 / acs.jpclett.5b01555. hdl:10044/1/48952. PMID 26722739.
- ^ Pisoni, Andrea; Jaćimović, Jaćim; Barišić, Osor S .; Spina, Massimo; Gaál, Richard; Forró, László; Horváth, Endre (2014). „Ultra nízká tepelná vodivost v organicko-anorganickém hybridním perovskitu CH3NH3PbI3". The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (14): 2488–2492. arXiv:1407.4931. doi:10.1021 / jz5012109. PMID 26277821.
- ^ Frost, Jarvist M .; Butler, Keith T .; Brivio, Federico; Hendon, Christopher H .; van Schilfgaarde, Mark; Walsh, Aron (2014). „Atomistický počátek vysokého výkonu v hybridních halogenových perovskitových solárních článcích“. Nano dopisy. 14 (5): 2584–2590. arXiv:1402.4980. Bibcode:2014NanoL..14.2584F. doi:10.1021 / nl500390f. ISSN 1530-6984. PMC 4022647. PMID 24684284.
- ^ Juarez-Perez, Emilio J .; Hawash, Zafer; Raga, Sonia R .; Ono, Luis K .; Qi, Yabing (2016). „Tepelná degradace perovskitu CH3NH3PbI3 na plyny NH3 a CH3I pozorovaná analýzou spojené termogravimetrie – hmotnostní spektrometrie“. Energetické prostředí. Sci. 9 (11): 3406–3410. doi:10.1039 / C6EE02016J. ISSN 1754-5692.
- ^ Williams, Alice E .; Holliman, Peter J .; Carnie, Matthew J .; Davies, Matthew L .; Worsley, David A .; Watson, Trystan M. (2014). „Zpracování perovskitu pro fotovoltaiku: spektro-termální hodnocení“. J. Mater. Chem. A. 2 (45): 19338–19346. doi:10.1039 / C4TA04725G. ISSN 2050-7488.
- ^ Chun-Ren Ke, Jack; Walton, Alex S .; Lewis, David J .; Tedstone, Aleksander; O'Brien, Paul; Thomas, Andrew G .; Flavell, Wendy R. (05.05.2017). „In situ zkoumání degradace perovskitových povrchů halogenidů organokovů rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií při realistickém tlaku vodní páry“. Chem. Commun. 53 (37): 5231–5234. doi:10.1039 / c7cc01538k. ISSN 1364-548X. PMID 28443866.
- ^ A b Juarez-Perez, Emilio J .; Ono, Luis K .; Maeda, Maki; Jiang, Yan; Hawash, Zafer; Qi, Yabing (2018). „Fotodekompozice a termický rozklad v methylamoniumhalogenidu vedou perovskity a odvozené konstrukční principy pro zvýšení stability fotovoltaického zařízení“. Journal of Materials Chemistry A. 6 (20): 9604–9612. doi:10.1039 / C8TA03501F.
- ^ García-Fernández, Alberto; Juarez-Perez, Emilio J .; Castro-García, Socorro; Sánchez-Andújar, Manuel; Ono, Luis K .; Jiang, Yan; Qi, Yabing (2018). „Benchmarking Chemická stabilita libovolně smíšených 3D hybridních halogenových perovskitů pro aplikace solárních článků“. Malé metody. 2 (10): 1800242. doi:10.1002 / smtd.201800242.
- ^ Deschler, Felix; Price, Michael; Pathak, Sandeep; Klintberg, Lina E .; Jarausch, David-Dominik; Higler, Ruben; Hüttner, Sven; Leijtens, Tomáš; Stranks, Samuel D .; Snaith, Henry J .; Atatüre, Mete; Phillips, Richard T .; Přítel, Richard H. (2. dubna 2014). „Vysoká fotoluminiscenční účinnost a optické čerpání laserem v perovskitových polovodičích se smíšeným halogenidem zpracovaným v roztoku“. The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (8): 1421–1426. doi:10.1021 / jz5005285.
- ^ Zhou, H .; Chen, Q .; Li, G .; Luo, S .; Song, T.-b .; Duan, H.-S .; Hong, Z .; Ty, J .; Liu, Y .; Yang, Y. (2014). "Inženýrství rozhraní vysoce účinných perovskitových solárních článků". Věda. 345 (6196): 542–6. Bibcode:2014Sci ... 345..542Z. doi:10.1126 / science.1254050. PMID 25082698.
- ^ Heo, Jin Hyuck; Song, Dae Ho; Han, Hye Ji; Kim, Seong Yeon; Kim, Jun Ho; Kim, Dasom; Shin, Hee Won; Ahn, Tae Kyu; Vlk, Christoph; Lee, Tae-Woo; Im, Sang Hyuk (2015). „Planar CH3NH3PbI3 Perovskitové solární články s konstantní průměrnou účinností převodu energie 17,2% bez ohledu na rychlost skenování ". Pokročilé materiály. 27 (22): 3424–30. doi:10.1002 / adma.201500048. PMID 25914242.