search
ruРусский
banner
Дом / Новости / Выявление влияния органических спейсеров и катионов полостей на квази
Новости
pageSearch
Последние новости

Выявление влияния органических спейсеров и катионов полостей на квази

Jun 15, 2023Jun 15, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4446 (2023) Цитировать эту статью

1190 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Двумерные гибридные перовскиты йодида свинца на основе катиона метиламмония (MA) и органического спейсера бутиламмония (BA), например \({\hbox {BA}_{2}\hbox {MA}_{n-1}\hbox { Pb}_{n}\hbox {I}_{3n+1}}\) — одни из наиболее изученных 2D-гибридных перовскитов за последние годы. Корреляция атомистического профиля этих систем с их оптоэлектронными свойствами является сложной задачей для теоретических подходов. Здесь мы применили расчеты из первых принципов с помощью теории функционала плотности, чтобы показать, как катион частично компенсирует дипольные моменты через терминал \({{\hbox {NH}_{3}}^{+}}\) влияет на структурные/электронные свойства подрешеток \({\hbox {Pb}_{n}\hbox {I}_{3n+1}}\). Несмотря на то, что известно, что при высоких температурах органический катион принимает сферическую конфигурацию из-за вращения катионов внутри клетки, наши результаты обсуждают правильную относительную ориентацию в соответствии с дипольными моментами для ab initio моделирования при 0 К: корреляция структурных и электронных свойств скважин с экспериментами. На основе комбинации релятивистской квазичастичной поправки и спин-орбитального взаимодействия мы обнаружили, что горизонтально подобная конфигурация МА относительно поверхности неорганической подрешетки приводит к наилучшему соотношению между расчетной и экспериментальной энергией щели в пределах n = 1, 2, 3, 4, и 5 слоев. И наоборот, подавление дипольных моментов (как в выровненной конфигурации BA-MA) способствует закрытию энергий щели за счет механизма истощения электронов. Мы обнаружили, что анизотропия \(\rightarrow\) изотропия оптического поглощения (как объемная конвергенция) достигается только для горизонтальной конфигурации MA, что позволяет предположить, что вклад этой конфигурации является основным в сценарии с температурными эффектами.

Несмотря на то, что эффективность преобразования энергии (PCE) трехмерных (3D) металлогалогенидных перовскитов (МГП) превысила 25% для FAPbI\(_{3}\)1 (FA = формамидиний) и 22% для MAPbI\(_ {3}\)2 (MA = метиламмоний), долговременная стабильность этих материалов в солнечных элементах ограничена, особенно из-за плохой термо- и влагоустойчивости3,4. Двумерные (2D) MHP стали альтернативой своим трехмерным аналогам не только из-за их повышенной стабильности5,6,7, но также из-за их универсальности в отношении хорошей структурной гибкости и возможности настройки оптических свойств8,9,10. Среди возможностей 2D MHP некоторое внимание было уделено \({\hbox {BA}_{2}\hbox {MA}_{n-1}\hbox {Pb}_{n}\hbox {I} _{3n+1}}\) система на основе бутиламмония (БА) как крупного одновалентного катиона-спейсера \({\hbox {Pb}_{n}\hbox {I}_{3n+1}}\) неорганические подрешетки11,12,13,14,15. Однако эта система еще не изучена широко, поэтому атомистические подходы посредством компьютерного моделирования являются мощным средством выяснения основных свойств для проектирования оптоэлектронных устройств, особенно солнечных элементов, светоизлучающих диодов и фотодетекторов.

\({\hbox {BA}_{2}\hbox {MA}_{n-1}\hbox {Pb}_{n}\hbox {I}_{3n+1}}\) перовскиты относятся к Семейство перовскитов Раддлсдена-Поппера (RP)16,17,18, в котором спейсер BA представляет собой линейную четырехуглеродную цепочку, разделяющую неорганическую часть на основе n слоев (определяя толщину неорганической квантовой ямы как разделение углов \({\hbox {Pb}_{n}\hbox {I}_{3n+1}}\) октаэдров), в которых при n \(\ge 2\) места кубооктаэдрической полости заняты катионами МА. Устройства на солнечных элементах на основе этого 2D-RP MHP продемонстрировали улучшенную свето- и влагостойкость по сравнению с 3D MAPbI\(_{3}\)6,19, но их самый высокий PCE не достигал более 12,5%20. Стумпос и др. синтезировали и выделили \({\hbox {BA}_{2}\hbox {MA}_{n-1}\hbox {Pb}_{n}\hbox {I}_{3n+1}}\) как 2D-RP для n = 1, 2, 3 и 4 слоев, выполняя соответствующую характеристику методом монокристаллической рентгеновской дифракции12. Кроме того, в последующих исследованиях были также изолированы системы с n = 5, 6 и 713,21, что показало сходящееся поведение энергий запрещенной зоны на протяжении 2,43 (n = 1), 2,17 (n = 2), 2,03 (n = 3). ), 1,91 (n = 4), 1,83 (n = 5), 1,78 (n = 6) и 1,74 эВ (n = 7), т.е. с явной тенденцией к достижению 1,55–1,67 эВ при n = \(\ infty\) в виде кубических, тетрагональных и ромбических объемов22,23,24,25. Хотя были достигнуты успехи, хотя хорошо известно, что объемные оптоэлектронные свойства 3D (такие как коэффициент поглощения и энергия зазора) находятся под сильным влиянием локальных искажений и полиморфных вкладов26,27,28,29,30, глубокая детализация этих корреляции для 2D-RP MHP скудны.

0 K) and non-dynamic/non-thermal polymorphism (T = 0 K). The first one is associated with thermal fluctuations of the ions about their equilibrium positions43, while the second one could be considered as low symmetry distortions at 0 K leading to an increase of the stability relative to the high symmetry configurations. Thus, understanding polymorphism without temperature effects in detail is an initial step towards correctly describing the structure of the system at higher temperatures, given that it has been reported for several organic and inorganic 3D perovskites29,30. At the same time, on average, in 3D MHPs MA cation is dynamic under high temperatures due to the rotation of the cations inside the cage22,44,45, which is also observed within molecular dynamics approach for 2D perovskites46. Therefore, the atomistic behavior of organic spacers and cations and their impact on the inorganic quantum well need to be investigated in such a way that computational simulations, even at 0 K are a vital step to advancing the knowledge about 2D-RP MHPs./p> \Delta d(l_\text {core})\) is kept, evidencing that the initial BA-MA alignment yields distortions not only in the organic-inorganic interfaces, but also in the core region. Bond angle variance (\(\sigma ^2\))—Table S4—in MA horizontal-like for interface and core follows the same tendency as for \(\Delta d\), i.e., \(\sigma ^2(l_\text {int}) > \sigma ^2(l_\text {core})\). However, in BA-MA aligned-like is inverse, so that \(\sigma ^2(l_\text {int}) < \sigma ^2(l_\text {core})\) indicates a mutual angular distortion by MA at the cuboctahedral site with BA organic spacers./p> 2 for PBE+D3 and PBE+D3-1/2 protocols, from which one realizes the role of the SOC correction joint with the new lines of MA, so that, from n = 3, \(\Delta E_\text {g}\) seems to be constant. The overestimated (PBE+D3-1/2) and underestimated (PBE+D3+SOC) \(E_\text {g}\) behavior for both MA horizontal-like and BA-MA aligned-like configurations are similar with respect to the bulks, so that the PBE+D3 calculations reflect for n = 4 and 5 the \(E_\text {g}\) values according to the experimental values by compensating the observed errors for 3D MAPbI\(_{3}\), which can be attributed to the larger width of the inorganic layer closer to the bulk-like behavior. However, all protocols suggest that small deviations for the calculated \(E_\text {g}\) values are kept only for MA horizontal-like configurations throughout n = 1–5, whereas for BA-MA aligned-like the partially canceled one involving the MA and BA dipole moments yields the band gap energies closing, especially from n = 3./p> 0\) for bottom./p> \alpha _\text {V}\) for all number of layers of the MA horizontal-like (including n = 1). For BA-MA aligned-like configurations, the same is observed only for n = 2 and 4, while for n = 3 and 5 one observes \(\alpha _\text {C} < \alpha _\text {V}\). As observed, the Pb–I distance results in Fig. 3 indicate for n = 3 and 5 in BA-MA aligned-like configurations a higher metal off-centering (for \(l_\text {int}\)) than in MA horizontal-like configurations. This result correlates with the inversion through \(\alpha _\text {C} < \alpha _\text {V}\) with respect to the MA horizontal-like findings, given that for BA-MA aligned-like configurations the Pb–I distances suggest that apical iodines at the organic-inorganic interface suffer more stress compared to other ones within the \({\hbox {Pb}_{n}\hbox {I}_{3n+1}}\) inorganic layer./p> \alpha _z\) for which the confinement is pronounced, especially for n = 1 and 2. On the other hand, the anisotropic behavior from the confinement throughout the z direction is suppressed in MA horizontal-like as the number of layers increases, as well as highlighted by the total absorbance (\(\sum _{\alpha }\)), so that \(\alpha _x \sim \alpha _y \sim \alpha _z\) for n = 5. For instance, while the \(\alpha _y/\alpha _z\) quotient for n = 1 is 1.62, it keeps decreasing as \(1.34 \rightarrow 1.21 \rightarrow 1.19 \rightarrow 1.04\) for n = \(2 \rightarrow 3 \rightarrow 4 \rightarrow 5\) in MA horizontal-like configurations, which suggest a convergence for a bulk-like behavior as observed on tetragonal and orthorhombic structures. Conversely, for BA-MA aligned-like configurations the anisotropy remains as the number of layers increases, so that \(\alpha _y/\alpha _z = 1.51 \rightarrow 1.40 \rightarrow 1.16 \rightarrow 1.31\) for n = \(2 \rightarrow 3 \rightarrow 4 \rightarrow 5\). Thus, we found that the relative orientation involving the organic spacers and cations that hardly can be controlled in the experiment plays a moderate role in the 2D-RP \(\rightarrow\) bulk convergence for optical properties. However, a favorable MA horizontal-like configuration converges to the bulk absorption coefficient and can keep the performance of 2D-RP comparable to 3D perovskite./p> \alpha _\text {V}\))./p>

Предыдущий: Новая версия The Outer Worlds для PS5 имеет некоторые действительно разочаровывающие проблемы с производительностью Следующий: Распродажа Steam Stealth: приобретите стелс-игры и многое другое
Отправить запрос
Отправлять