압력을 사용하여 구조 풀기

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9300(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

MHP(금속 할로겐화물 페로브스카이트)의 뛰어난 광전자 특성은 무기 금속 할로겐화물 부격자와 케이지 공극에 둘러싸인 원자 또는 분자 양이온 사이의 독특한 상호 작용에서 적어도 부분적으로 발생하는 것으로 추정됩니다. 후자는 온도, 압력 및 구성의 함수로서 MHP의 구조적 거동의 근원이 되는 것으로 여기에서 표시되는 회전 번역 역학을 나타낼 수 있습니다. 높은 정수압을 적용하면 수소 결합과 입체 장애의 동시 작용을 특징으로 하는 두 부격자 사이의 상호 작용 특성을 풀 수 있습니다. 특히, 우리는 방출된 양이온 역학 조건에서 MHP의 구조적 안정성을 결정하는 핵심 요소는 수소 결합보다는 반발 입체 상호 작용이라는 것을 발견했습니다. 압력 및 온도 의존적 ​​광발광 결과와 MAPbBr\(_3\)에 대한 라만 실험의 결과를 예로 들었을 뿐만 아니라 관련 MHP 문헌도 고려하여 결정 구조와 양이온 역학의 존재 또는 부재 사이의 관계에 대한 일반적인 그림을 제공합니다. 무질서. 온도, 압력, A 부위 양이온 크기가 증가하거나 할로겐화물 이온 반경이 ​​감소함에 따라 MHP에서 관찰되는 구조적 순서의 이유는 주로 동적 장애의 증가와 함께 동적 입체 상호 작용이 강화되는 데 있습니다. 이러한 방식으로 우리는 MHP에 대한 근본적인 이해를 심화시켰습니다. 이 유망한 종류의 반도체를 기반으로 하는 미래 광전자 장치의 성능을 향상시키기 위해 만들어질 수 있는 지식입니다.

금속 할로겐화물 페로브스카이트(MHP)는 오늘날 저비용의 용액 처리 방법을 사용하여 태양 전지 효율을 25%1 초과하는 값으로 끌어올린 뛰어난 광전지 특성에 대한 집중적인 기초 및 응용 연구의 초점입니다. B는 금속(Pb 또는 Sn)이고 X는 할로겐 원자(Cl, Br, I)인 일반식 ABX\(_3\)를 갖는 MHP는 코너 공유 BX\(_6\)의 불안정한 무기 케이지를 특징으로 합니다. 공극에 느슨하게 결합된 원자 또는 분자 A 부위 양이온을 포함하는 팔면체. Goldschmidt의 내성 인자 기준2에 따르면 무기 케이지 공극에 맞는 A 부위 양이온은 Cs 및 메틸암모늄(MA) 또는 포름아미디늄(FA)과 같은 유기 분자입니다. A-사이트 양이온은 정전기력에 의해 무기 케이지에 느슨하게만 결합되어 있기 때문에 케이지 공극 내부에서 자유롭게 이동할 수 있습니다(병진, 회전 및 진동). MHP의 입방정 및 정방정계 상에서 이러한 동역학은 각각 완전히 또는 부분적으로(면내) 전개되는 반면, 덜 대칭적인 사방정계 상에서는 A-사이트 양이온이 특정 위치에 고정되어 있다는 것은 실험적으로 이론적으로 잘 확립된 사실입니다. 그리고 공극 내부의 방향3. 예를 들어, 실험적으로 MA 및/또는 FA 역학은 초고속 진동 분광학4,5 의해 직접 평가되었거나 중성자 산란6,7 및 X선 회절 실험8의 원자 변위 매개변수 분석에서 간접적으로 추론되었습니다. 순수 납 할라이드 페로브스카이트의 MA\(^+\) 이온의 경우 역학은 본질적으로 빠른(약 0.3ps) 원뿔형 흔들림 운동과 훨씬 느린 점프와 같은 방향 전환 회전으로 구성됩니다. 분자를 90\(^\circ\)5로 늘립니다. 동적 장애의 주요 원인인 후자는 할로겐화물 원자에 따라 1~3ps 범위의 특징적인 점프 시간을 나타냅니다. 그러나 혼합 할로겐화물 화합물에서는 이 시간이 15 ps5만큼 길 수 있습니다. 이론적으로 A-사이트 양이온 역학은 분자 역학 계산 내에서 잘 설명되었습니다9,10,11. 확산 모델12을 사용하여 ab-initio 분자 역학 시뮬레이션은 300K11에서 MAPbBr\(_3\)에 대해 ca의 완화 시간을 산출합니다. 빠른 모션의 경우 340ps, 점프와 같은 회전의 경우 약 2ps로 실험과 매우 일치합니다. 이러한 역학은 MHP의 독특한 특징 중 하나, 즉 무기 네트워크와 케이지 공극에 둘러싸인 원자 또는 분자 양이온 사이의 상호 작용에 직접적인 영향을 미치며, 적어도 부분적으로 이러한 반도체 재료의 뛰어난 광전자 특성을 결정합니다.