Perovskitas de yoduro de plomo híbridos Dion-Jacobson de dos dimensiones con cationes aromáticos de diamonio

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• Optoelectrónica y sus derivados

Sus antecedentes:

• Las perovskitas halogenadas bidimensionales (2D) ofrecen propiedades optoelectrónicas excepcionales y versatilidad estructural.
• Las fases de Dion-Jacobson (DJ), caracterizadas por capas inorgánicas eclipsadas, siguen siendo poco exploradas.
• Comprender las relaciones estructura-propiedad es crucial para el avance de los materiales de perovskita.

Objetivo del estudio:

• Introducir una nueva serie de perovskitas de haluro DJ 2D con la fórmula general A'APb_{I3 (A' = 4-(aminometil) piridinio (4AMPY) o 3-(aminometil) piridinio (3AMPY), A = metilamonio (MA), n = 1-4).}
• Investigar el impacto de la estructura catiónica orgánica en el apilamiento de capas inorgánicas, la inclinación octaédrica, la brecha de banda y la fotoluminiscencia.
• Evaluar el rendimiento de estas nuevas perovskitas en aplicaciones de celdas solares.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de una nueva serie de perovskita halogenada en 2D.
• Análisis estructural para determinar el apilamiento de capas inorgánicas y la inclinación octaédrica.
• Espectroscopia óptica para medir las brechas de banda y la fotoluminiscencia.
• Fabricación y ensayo de dispositivos preliminares de células solares.

Principales resultados:

• Sintetizó con éxito A'A Pb I₃ (n=1-4) perovskitas utilizando cationes 4AMPY y 3AMPY.
• Se ha demostrado que la modificación del isómero de aminometilpiridinio (4AMPY vs. 3AMPY) altera el apilamiento de la capa inorgánica de eclipsado a desplazado e influye en las inclinaciones octaédricas.
• Se observaron espacios de banda más pequeños en la serie 3AMPY en comparación con la serie 4AMPY.
• Los espaciadores aromáticos en las perovskitas DJ mejoran la rigidez, reducen el espacio entre capas y disminuyen el desajuste dieléctrico en comparación con los análogos alifáticos.
• Todos los compuestos sintetizados exhibieron una fuerte fotoluminiscencia a temperatura ambiente.
• Logró una eficiencia de conversión de energía campeona (PCE) del 9,20% para las células solares que utilizan (3AMPY) ((MA) ₃Pb₄I₁₃, superando a los dispositivos basados en 4AMPY y análogos alifáticos.

Conclusiones:

• La disposición estructural de los cationes orgánicos influye significativamente en el apilamiento de las capas inorgánicas y las inclinaciones octaédricas en las perovskitas 2D DJ.
• La elección de cationes orgánicos proporciona una ruta poderosa para ajustar las propiedades optoelectrónicas, incluida la brecha de banda y la fotoluminiscencia.
• Las perovskitas DJ 2D recientemente desarrolladas son prometedoras para aplicaciones fotovoltaicas, con un potencial demostrado de altos PCE.