Dinámica universal de la reorientación molecular en las perovskitas híbridas de yoduro de plomo

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• Química

Sus antecedentes:

• Los cationes orgánicos como el metilamonio (MA) y el formamidinio (FA) son cruciales en los absorbentes fotovoltaicos de perovskita de alto rendimiento.
• Se supone que su naturaleza dipolar y comportamiento dinámico contribuyen a las notables propiedades de las perovskitas halogenadas.

Objetivo del estudio:

• Investigar la dinámica de los cationes moleculares en el yoduro de plomo de formamidinio (FAPbI3) a través de un amplio rango de temperatura (4 K a 340 K).
• Para entender la interacción entre estos cationes y su jaula inorgánica.
• Para comparar la dinámica de los cationes en FAPbI3 con la del yoduro de plomo metilamonio (MAPbI3).

Principales métodos:

• Espectroscopia de resonancia magnética nuclear en estado sólido (RMN)
• Espectroscopia dieléctrica
• Diseminación de neutrones
• Calorimetría
• Cálculos desde el principio

Principales resultados:

• Tanto FAPbI3 como MAPbI3 muestran velocidades de rotación de cationes similares (aprox. 8 ps) a temperatura ambiente.
• La rotación del catión formamidinium (FA) alrededor del eje N-N es el movimiento dominante, con una barrera de activación más baja (aprox. 21 meV) en FAPbI3 en comparación con el metilamonio (MA) (aprox. 110 meV).
• La frustración geométrica en FAPbI3 conduce a una fase gamma desordenada y congelación vítrea a bajas temperaturas.

Conclusiones:

• El comportamiento dinámico de los cationes orgánicos influye significativamente en las propiedades de los materiales de perovskita.
• La dinámica de cationes similar a temperatura ambiente en FAPbI3 y MAPbI3 sugiere un mecanismo común para su alto rendimiento.
• La comprensión de la dinámica catiónica proporciona claridad sobre las hipótesis relacionadas con el transporte de carga y la polarización de espín en las perovskitas.