هالیدهای سرب متیل آمونیوم
هالیدهای سرب متیل آمونیوم (MALHs) ترکیباتی جامد با ساختار پروسکایت و فرمول شیمیایی CH 3 NH 3 PbX 3 هستند که در آن X = I، Br یا Cl است. از کاربرد های بلقوه آنها میتوان به استفاده در سلول های خورشیدی ، [۱] لیزرها ، دیودهای ساطع نور، آشکارسازهای نوری ، آشکارسازهای تشعشع، [۲] سوسوزن ، [۳] ذخیره سازی داده های مغناطیسی نوری [۴] و تولید هیدروژن اشاره کرد.
خواص و ترکیب ها[ویرایش]
در ساختار کریستالی مکعبی CH 3 NH 3 PbX 3 اکتاهدر PbX 6 کاتیون متیل آمونیوم (CH 3 NH 3 + ) را احاطه کرده است. یون های X ثابت نیستند و با انرژی فعال سازی 0.6 eV می توانند از طریق کریستال مهاجرت کنند. مهاجرت با کمک جای خالی است. کاتیون های متیل آمونیوم توانایی چرخش در داخل قفس خود را دارند. در دمای اتاق، یون‌ها دارای محور CN به سمت جهت سلول‌های واحد هستند و مولکول‌ها به‌طور تصادفی به یکی دیگر از جهت‌های شش چهره در مقیاس زمانی 3 ps تغییر میکنند.
با افزایش دما حلالیت MALH ها کاهش شدیدی پیدا میکنند : از 0.8 گرم در میلی لیتر در 20 درجه سانتی گراد تا 0.3 گرم در میلی لیتر در 80 درجه سانتی گراد در دی متیل برای CH 3 NH 3 PbBr 3 . این ویژگی در رشد فیلم‌ها و تک بلورهای MALH از محلول، با استفاده از مخلوطی ازپودرهای PbX 2 و پودرهای CH 3 NH 3 X به عنوان پیش‌ساز استفاده می‌شود. نرخ رشد 3-20 است میلی متر 3 در ساعت برای CH 3 NH 3 PbI 3 و رسیدن به 38 میلی متر 3 در ساعت برای کریستال های CH 3 NH 3 PbBr 3.
کریستال های به دست آمده غیر پایدارند و وقتی که تا دمای اتاق سرد شدند در محلول رشد حل خواهندشد. آنها bandgaps از 2.18 ولت برای CH 3 NH 3 PbBr 3 و 1.51 ولت برای CH 3 NH 3 PBI 3، در حالی که تحرک حامل مربوطه است 24 و 67 سانتی متر 2 / (V · بازدید کنندگان). هدایت حرارتی آنها فوق العاده کم است، ~ 0.5 W / (K · متر) در دمای اتاق برای CH 3 NH 3 PBI 3.
تجزیه نوری و تجزیه حرارتی CH 3 NH 3 PbX 3[ویرایش]
محققان یک مکانیسم مسیر تجزیه پیشنهادی برای CH 3 NH 3 PbI 3 در حضور آب [۵] که گازهای CH 3 NH 2 و HI را آزاد می کند به طور گسترده در سلول خورشیدی پروسکایت را در ابتدا پذیرفتند. در ادامه مشخص شد که گازهای اصلی آزاد شده در دمای بالا (> 360 درجه سانتیگراد) در اثر تخریب حرارتی CH 3 NH 3 PbI 3 متیل یدید (CH 3 I) و آمونیاک (NH 3 ) هستند. [۶] [۷]
![{\displaystyle {\ce {{CH3NH3PbI3(s)}->[\Delta] {PbI2(s)}+ {CH3I(g)}+ {NH3(g)}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/82b28dcd36ed47f9cec0eec447b4fd6019563608)
با استفاده از اندازه‌گیری‌های درجا XPS در سال 2017 استنباط شد که با حضور بخار آب، نمک CH 3 NH 3 I نمی‌تواند محصولی از تخریب پروسکایت CH 3 NH 3 PbI 3 شود . [۸]
مشابه درجه حرارت های بالا واکنش تخریب برای CH 3 NH 3 PbBr 3 تایید شده است . [۹]
![{\displaystyle {\ce {{CH3NH3PbBr3(s)}->[\Delta] {PbBr2(s)}+ {CH3Br(g)}+ {NH3(g)}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a3a6a4df3e542f9bd7b356f224a2f46098baaf0c)
علاوه بر آن، اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی جرمی با وضوح بالا در دمای پایین (کمتر از 100 درجه سانتیگراد) که با عملکرد فتوولتائیک سازگار است نشان داد که CH 3 NH 3 PbI 3 برگشت‌پذیر است.
![{\displaystyle {\ce {{CH3NH3PbI3(s)}<=>[\Delta ,h\nu ]{PbI2(s)}+{Pb^{0}(s)}+{I2(g)}+{CH3NH2(g)}+{HI(g)}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/efaa78f6a7ba3ab0911ade624603b877a66241ff)
و واکنش‌های تجزیه شیمیایی برگشت‌ناپذیر هنگام اعمال پالس‌های حرارتی یا نور در خلاء. [۹]
![{\displaystyle {\ce {{CH3NH3PbI3(s)}->[\Delta,h\nu] {PbI2(s)}+ +{CH3I(g)}+ {NH3(g)}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/37d04a37ac626a86f326796eae6b5c97e1a73881)
به تازگی، روشی برای مشخص کردن کمیت پایداری شیمیایی ذاتی پروسکایت‌های هالید هیبرید ترکیبی خودسرانه پیشنهاد شد. [۱۰]
برنامه های کاربردی[ویرایش]
MALH ها کاربردهای بالقوه ی زیادی در آشکارسازهای تشعشع، تولید هیدروژن، سلول های خورشیدی ، لیزرها ، [۱۱] دیودهای ساطع نور، آشکارسازهای نوری و سوسوزن [۳] دارند. در اکثر سلول های خورشیدی MALH راندمان تبدیل انرژی بیش از 19٪ است.
همچنین ببینید[ویرایش]
منابع[ویرایش]
- ↑ Kojima, Akihiro; Teshima, Kenjiro; Shirai, Yasuo; Miyasaka, Tsutomu (2009-05-06). "Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells". Journal of the American Chemical Society. 131 (17): 6050–6051. doi:10.1021/ja809598r. ISSN 0002-7863. PMID 19366264.
- ↑ Náfrádi, Bálint (October 16, 2015). "Methylammonium Lead Iodide for Efficient X-ray Energy Conversion". J. Phys. Chem. C. 2015 (119): 25204–25208. doi:10.1021/acs.jpcc.5b07876.
- ↑ ۳٫۰ ۳٫۱ Birowosuto, M. D. (16 November 2016). "X-ray Scintillation in Lead Halide Perovskite Crystals". Sci. Rep. 6: 37254. arXiv:1611.05862. Bibcode:2016NatSR...637254B. doi:10.1038/srep37254. PMC 5111063. PMID 27849019. خطای یادکرد: برچسب
<ref>نامعتبر؛ نام «Birowosuto2016» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). - ↑ Náfrádi, Bálint (24 November 2016). "Optically switched magnetism in photovoltaic perovskite CH3NH3(Mn:Pb)I3". Nature Communications. 7: 13406. arXiv:1611.08205. Bibcode:2016NatCo...713406N. doi:10.1038/ncomms13406. PMC 5123013. PMID 27882917.
- ↑ Frost, Jarvist M.; Butler, Keith T.; Brivio, Federico; Hendon, Christopher H.; van Schilfgaarde, Mark; Walsh, Aron (2014). "Atomistic Origins of High-Performance in Hybrid Halide Perovskite Solar Cells". Nano Letters. 14 (5): 2584–2590. arXiv:1402.4980. Bibcode:2014NanoL..14.2584F. doi:10.1021/nl500390f. ISSN 1530-6984. PMC 4022647. PMID 24684284.
- ↑ Juarez-Perez, Emilio J.; Hawash, Zafer; Raga, Sonia R.; Ono, Luis K.; Qi, Yabing (2016). "Thermal degradation of CH3NH3PbI3 perovskite into NH3 and CH3I gases observed by coupled thermogravimetry–mass spectrometry analysis". Energy Environ. Sci. 9 (11): 3406–3410. doi:10.1039/C6EE02016J. ISSN 1754-5692.
- ↑ Williams, Alice E.; Holliman, Peter J.; Carnie, Matthew J.; Davies, Matthew L.; Worsley, David A.; Watson, Trystan M. (2014). "Perovskite processing for photovoltaics: a spectro-thermal evaluation". J. Mater. Chem. A. 2 (45): 19338–19346. doi:10.1039/C4TA04725G. ISSN 2050-7488.
- ↑ Chun-Ren Ke, Jack; Walton, Alex S.; Lewis, David J.; Tedstone, Aleksander; O'Brien, Paul; Thomas, Andrew G.; Flavell, Wendy R. (2017-05-04). "In situ investigation of degradation at organometal halide perovskite surfaces by X-ray photoelectron spectroscopy at realistic water vapour pressure". Chem. Commun. (به انگلیسی). 53 (37): 5231–5234. doi:10.1039/c7cc01538k. ISSN 1364-548X. PMID 28443866.
- ↑ ۹٫۰ ۹٫۱ Juarez-Perez, Emilio J.; Ono, Luis K.; Maeda, Maki; Jiang, Yan; Hawash, Zafer; Qi, Yabing (2018). "Photodecomposition and thermal decomposition in methylammonium halide lead perovskites and inferred design principles to increase photovoltaic device stability". Journal of Materials Chemistry A. 6 (20): 9604–9612. doi:10.1039/C8TA03501F. خطای یادکرد: برچسب
<ref>نامعتبر؛ نام «Juarez-PerezOno2018» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.). - ↑ García-Fernández, Alberto; Juarez-Perez, Emilio J.; Castro-García, Socorro; Sánchez-Andújar, Manuel; Ono, Luis K.; Jiang, Yan; Qi, Yabing (2018). "Benchmarking Chemical Stability of Arbitrarily Mixed 3D Hybrid Halide Perovskites for Solar Cell Applications". Small Methods. 2 (10): 1800242. doi:10.1002/smtd.201800242.
- ↑ Deschler, Felix; Price, Michael; Pathak, Sandeep; Klintberg, Lina E.; Jarausch, David-Dominik; Higler, Ruben; Hüttner, Sven; Leijtens, Tomas; Stranks, Samuel D. (2 April 2014). "High Photoluminescence Efficiency and Optically Pumped Lasing in Solution-Processed Mixed Halide Perovskite Semiconductors". The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (8): 1421–1426. doi:10.1021/jz5005285. PMID 26269988.