Efectos de estabilización de la entropía y migración de iones en perovskitas halogenadas "ocultas" en 3D

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• Investigación de la perovskita

Sus antecedentes:

• Una nueva clase de perovskitas halogenadas 3D, denominadas perovskitas "huecas", exhiben propiedades únicas debido a las importantes vacantes de Pb y X.
• La incorporación de etilendiamonio en la estructura de la perovskita crea estas vacantes, permitiendo el ajuste fino de las características ópticas, electrónicas y de transporte.
• Estas perovskitas "ocultas" demuestran una estabilidad ambiental prometedora, que está influenciada por la carga de en.

Objetivo del estudio:

• Investigar los orígenes termoquímicos de la mayor estabilidad observada en las perovskitas "ocultas".
• Aclarar el papel de la incorporación de etilenodiamonio en el paisaje energético y la estabilidad de diferentes composiciones de perovskita halogenada.
• Examinar el impacto de los defectos de vacío en la migración de iones halogenados en estos materiales.

Principales métodos:

• Estudios termoquímicos detallados utilizando calorimetría de soluciones a temperatura ambiente.
• Se emplearon simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT) para calcular las energías de formación.
• Análisis de tres sistemas específicos de perovskita hueca: en/FAPbI3, en/MAPbI3 y en/FAPbBr3.

Principales resultados:

• Las perovskitas "ocultas" a base de bromuro (en/FAPbBr3) exhiben una mayor estabilidad energética en comparación con sus contrapartes de yoduro (en/FAPbI3).
• La estabilidad de FAPbI3 aumenta con la incorporación, mientras que la estabilidad de FAPbBr3 disminuye, atribuida a las diferencias en el tamaño de la jaula 3D.
• La entropía de configuración, derivada de las vacantes aleatorias de cationes y aniones, contribuye significativamente a la estabilidad general de estas estructuras de perovskita "ocultas".

Conclusiones:

• La estabilidad de las perovskitas "ocultas" es una interacción compleja de entalpias de formación, cambios estructurales inducidos por cationes y entropía de configuración.
• La carga de etilenodiamonio (en) influye en la migración de iones halogenados, y el aumento del contenido de en conduce a una reducción de las barreras energéticas de migración.
• Estos hallazgos proporcionan información crucial sobre el diseño y la estabilidad de nuevos materiales de perovskita para aplicaciones potenciales.