La ingeniería de presión negativa con cationes de jaula grande en perovskitas halogenadas 2D causa el ablandamiento...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las perovskitas híbridas orgánicas e inorgánicas son semiconductores sintonizables.
• Las restricciones geométricas limitan las opciones en perovskitas 3D (AMX3).
• Las perovskitas 2D ofrecen flexibilidad en la selección de cationes en el sitio A, lo que permite estudios de la relación estructura-propiedad.

Objetivo del estudio:

• Investigar cómo la variación del tamaño del catión del sitio A en las perovskitas 2D ((BA) 2 (A) Pb2I7) afecta las propiedades estructurales y optoelectrónicas.
• Explorar la relajación de las restricciones geométricas en los sistemas de perovskita 2D.
• Comprender el papel de los cationes del sitio A en la modulación del volumen de la jaula de perovskita y el comportamiento optoelectrónico.

Principales métodos:

• Síntesis de perovskitas monocristalinas (BA) 2 (A) Pb2I7 con A = metilamonio (MA), formamidinio (FA), dimetilamonio (DMA) o guanidinio (GA).
• Difracción de rayos X monocristalino para determinar las estructuras cristalinas y los grupos espaciales (Cmcm, Ccmb).
• Espectroscopia óptica, cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) y espectroscopia de Raman para analizar las propiedades estructurales y electrónicas.
• Microscopía de absorción transitoria para investigar los mecanismos de desintegración de la fotoluminiscencia.

Principales resultados:

• Los cationes más grandes del sitio A (MA, FA, GA, DMA) se incorporaron a la estructura de perovskita 2D.
• El aumento del tamaño del catión condujo al alargamiento del enlace Pb-I y a la expansión de la jaula de perovskita ("presión negativa").
• El alargamiento del enlace Pb-I aumentó la brecha de banda óptica al reducir la superposición orbital; la inclinación de Pb-I-Pb jugó un papel menor.
• Se observó un ablandamiento del enrejado y una disminución de la intensidad/vida de la fotoluminiscencia con cationes más grandes, lo que indica un aumento de la desintegración no radiativa.

Conclusiones:

• Las limitaciones del factor de tolerancia de Goldschmidt se pueden relajar en perovskitas 2D mediante la incorporación de cationes de sitio A más grandes.
• El tamaño del catión de sitio A es un parámetro crítico para ajustar las propiedades estructurales y optoelectrónicas de las perovskitas 2D.
• Estos hallazgos permiten un mayor control del rendimiento de la perovskita 2D para aplicaciones optoelectrónicas.