O substituție cu tiocianat stabilizează un perovskit cu halogenuri: un studiu

α-FAPbI₃un material promițător de celule solare cu o structură cubică de perovskit care este stabilă la temperatura camerei și poate fi stabilizat prin introducerea unui ion pseudo-halogenură, cum ar fi tiocianatul (SCN).^–) în structura lor, așa cum au arătat cercetătorii Tokyo Tech într-un nou studiu. Descoperirile lor oferă noi perspective asupra stabilizării fazei α peste granițele de granule și geometria pseudo-halogenură.

Lumina pe care o primim în fiecare zi de la soare, dacă este valorificată eficient, ne poate ajuta să abordăm criza energetică globală în curs, precum și îngrijorarea noastră cu privire la schimbările climatice. Materialele cu proprietăți fotofizice bune, adică absorbția luminii, sunt folosite pentru a proiecta celule solare care transformă lumina solară în energie electrică. Un astfel de material care a câștigat avânt recent pe acest front este iodura de plumb α-formamidinium sau α-FAPbI₃ (unde fa⁺ = CH (minuscule)₂)₂⁺), un solid cristalin cu o structură cubică de perovskit.

Celule solare din α-FAPbI₃ Prezintă o eficiență de conversie impresionantă de 25,8% și un decalaj de energie de 1,48 V, care sunt specificații extrem de dorite pentru aplicațiile din viața reală. Din păcate, α-FAPbI₃ este instabilă la temperatura camerei și suferă o tranziție de fază la δ-FAPbI₃ Când este declanșată de apă sau lumină. Diferența energetică pentru δ-FAPbI₃ Este mult mai mare decât valoarea ideală pentru aplicațiile cu celule solare, făcând menținerea fazei alfa esențială pentru scopuri practice.

Pentru a depăși această problemă, o echipă de cercetători condusă de profesorul asociat Takafumi Yamamoto de la Institutul de Tehnologie din Tokyo (Tokyo Tech) a prezentat recent o nouă strategie pentru stabilizarea α-FAPbI.₃ În lucrarea publicată în Jurnalul Societății Americane de Chimie.

Echipa se concentrează asupra mecanismului de stabilizare a α-FAPbI₃ Prin introducerea unui anion pseudo-halogenură, tiocianat (SCN^–). Studiile anterioare au arătat că înlocuirea parțială a anionilor de suprafață ai FAPbI₃ de iodură (I^–) către SCN^– Ionul se stabilește în faza α. Cu toate acestea, încă nu este clar cum SCN^– „Ionii se înglobează în rețeaua perovskită și stabilizează și mai mult interfața”, explică dr. Yamamoto.

Pentru prima dată, echipa a pregătit mostre de cristale și pulbere din perovskiți pseudo-cubici stabilizați cu tiocianați. Analiza structurală a relevat că are o suprastructură de perovskit cubică de √5 ori cu defecte verticale ordonate, formând faza α’. Noul material s-a dovedit a fi stabil termodinamic într-o atmosferă uscată la temperatura camerei și a prezentat un decalaj de energie de 1,91 eV.

Echipa a descoperit că prezența fazei α’ într-o probă care conține faza δ a îmbunătățit tranziția de fază de la δ la α, reducând temperatura de tranziție cu mai mult de 100 K. Ei au indicat că modelele ordonate ale defectelor în faza α, care pot forma o rețea de site întâlnită la dubla graniță, duce la stabilizarea fazei α, fie printr-o reducere a energiei de nucleație, fie prin stabilizare termodinamică prin maturare.

Aceste informații obținute de cercetători pot încuraja cercetările ulterioare cu privire la efectul ordonării locurilor libere și al toleranței defectelor asupra stabilității perovskiților cu halogenuri. Această lucrare arată că α-FAPbI₃ „Ele pot fi stabilizați prin inginerie pseudo-halogenuri și ingineria granițelor, ceea ce poate fi util pentru oamenii de știință care încearcă să dezvolte noi materiale pentru celule solare stabile termodinamic, cu intervale de bandă optime și eficiență excelentă de conversie”, conchide optimistul Dr. Yamamoto.

De fapt, sperăm, de asemenea, că tehnologia actuală va deschide calea pentru economia energiei solare!