압력을 사용하여 구조 풀기

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

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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.