Hoe beïnvloeden onzuiverheden halogenide-perovskiet-inkten?

In een paper onlangs gepubliceerd in het tijdschrift ACS-energieberichtenbeschreven de onderzoekers het specifieke effect van nitraat (NO₃^–), acetaat (OAc^–), en aanzienlijke hoeveelheden kalium (K) in commerciële PbI₂ Reagentia op basis van de vergelijkende condensatiesnelheid van methylammonium (MA) met formamidinium (FA) voor het genereren van N-methylformamidinium (MFA).

achtergrond

Onzuiverheden in de reagentia en oplosmiddelen zullen een onvermijdelijk negatief effect hebben op het resulterende perovskiet, aangezien de stabiliteit en prestaties van perovskiethalogenide-zonnecellen in de loop van de tijd verbeteren. Bovendien is het algemeen bekend dat fijne inktinteracties, reagenscontrast met batch in batches en omgevingsparameters zoals vochtigheid de frequentie van apparaatstatistieken verminderen.

Figuur 1. ¹H NMR-spectra die verschillende reactiesnelheden van N-methylformamidinium (MFA) in d-DMSO laten zien.₆ In aanwezigheid van (a) PbI . met een lage en hoge zuiverheid₂ Reagentia en (b) FA: MA in aanwezigheid van ∼1% bevestigde en vermoede PbI₂ onzuiverheden.

Het organiseren van deze kenmerken voor een bredere productie is van cruciaal belang omdat het vermogen van onderzoekers om hun bevindingen en die van anderen te repliceren, wordt belemmerd door een gebrek aan begrip van de specifieke kenmerken van deze criteria.

Een recente studie identificeerde de tegenstrijdige effecten van KI en OAc^–Noch₃^– Onzuiverheden in verschillende in de handel verkrijgbare PbI₂ Reagensbronnen en hun effect op de prestaties van apparaten die worden gebruikt om perovskiethalogenide dunne films in opto-elektronische apparaten te produceren.

Bovendien is bekend dat perovskiet-inkten die een legering op plaats A bevatten, worden afgebroken door een condensatieproces tussen FA en methylamine (MA gedepotoneerd MA), waarbij MFA of N,N’-dimethylformamidinium (DMFA) wordt geproduceerd, dat NH afgeeft.₃.

In een ander onderzoek werd aangetoond dat twee kleine niveaus van PbO dit proces in PbI . aanzienlijk versnellen₂ van lagere rangen, terwijl het een redelijke verontreinigende stof is. Als gevolg hiervan is het essentieel om de impact te begrijpen van een volledige screening van contaminanten in PbI₂ Om een ​​betere correlatie tussen reagenszuiverheid en ontledingsprocessen voor perovskiethalogenide-inkten te bereiken.

De huidige studie beschreef de reactiesnelheid tijdens de aanwezigheid van NO3- en OAc-onzuiverheden. De resultaten benadrukten de cruciale rol die de kwaliteit van de perovskietdetector en verbeterde zuiveringstechnieken, aangezien deze halfgeleiderproductieprocessen de commercialisering naderen, zullen spelen bij het waarborgen van de reproduceerbaarheid van het proces.

Over de studie

Het team vergeleek de NMR-spectra van waterstof 1 (¹H NMR) voor FA:MA voorraadoplossing in opgelost dimethylsulfoxide (DMSO) na 24 uur onder kamertemperatuur voor die monsters gemaakt van FA:MA voorraadoplossing met zowel lage als hoge zuiverheid PbI₂ (TCI perovskiet graad). Al het glaswerk is in de oven gedroogd met monsters die volledig zijn voorbereid in N₂ handschoenenkastjes.

Bovendien kon het team met behulp van een standaard FA:MA-oplossing het effect op de afbraaksnelheid van de verschillende onzuiverheden scheiden. Spectra getande monsters met 2 l 0,2 M water, 1 mg lood (OAc)₂^.3 uur₂O, 1 mg PbO of 2 mg Pb (NO₃^–)₂ Na 1,5 – 3 uur reactie bij kamertemperatuur werd vergeleken met ¹H NMR-spectrum voor een controlemonster.

Opmerkingen:

Piekintegratieberekeningen toonden aan dat 0,04% MA werd gebruikt in het controlemonster, terwijl de snelheid niet werd beïnvloed door PbI₂ Hogere zuiverheid. PbI-degradatiesnelheden₂ Hoge zuiverheids- en controlemonsters waren langzamer dan de eerder gerapporteerde. Dit kan worden toegeschreven aan het gebruik van betere FA- en MA-oplosmiddelen of -reagentia in deze studie.

Bovendien werd een hogere mate van splitsing van de FA-NH-waterstofpiek gedetecteerd, wat wijst op een lagere snelheid van protonenuitwisseling en bijgevolg minder methylamine- of NH3-onzuiverheden in de organische halogenidereagentia. Integendeel, PbI₂ Met lage zuiverheid, inclusief 1-2% zichtbare OAc^– Bij een concentratie van 1,7 ppm resulteerde dit in een snellere afbraak. Ongeveer 2,1% van de MA werd gebruikt na 2 uur, met 22% na 24 uur. Zoals verwacht, nee₃^– Het was een zwakkere basis voor deprotonering van MA om methylamine vrij te maken, zelfs op katalytische niveaus, en de MFA-reactiesnelheid werd niet beïnvloed in vergelijking met de controle.

Verder is de depotatie van de MA door OAc^– Ze waren vergelijkbaar met de pKa-waarden van alkylammonium en azijnzuur in DMSO van respectievelijk 11,1 en 12,7. Daarentegen is de toevoeging van OAc^– Het resulteerde in 80% degradatie na 2 uur, terwijl bijna totale degradatie optrad door de aanwezigheid van PbO.

conclusies

Samenvattend toonden de onderzoekers de stabilisatiegevoeligheid van MA:FA gemengde perovskiet-inkten aan voor specifieke verontreinigingen in PbI.₂ Reagentia, waaronder PbO, OAc^–en mogelijk PbIOH, terwijl andere verontreinigingen, zoals NO₃^– en h₂O, was over het algemeen neutraal voor deze afbraakroute.

Formuleringen die alleen FA of MA als het organische kation gebruiken, zijn mogelijk aanzienlijk minder gevoelig voor deze verontreinigingen en zijn mogelijk beter schaalbaar, maar zouden baat hebben bij grondige PbX-zuivering.₂ reagentia.

Bovendien gaven de waarnemingen aan dat FA- en MA-onzuiverheden ook de reactiesnelheden beïnvloedden. Volgens de auteurs bewijst dit een groter belang van zuiverheid en benadrukt het de noodzaak om de kwaliteiten van additieven, oplosmiddelen en reagentia die worden gebruikt om perovskiethalogenidehalfgeleiders te produceren, te behouden.

referentie

Ross A. Kerner, Kelly Schott, Kai Choo en Joseph J. Perry, (2022) PbI₂ Reagensonzuiverheden katalyseren de ontleding van gemengde perovskiethalogenide-inkt, ACS energie brief, ​​7blz. 4333-4335, doi: 10.1021 / acsenergylett.2c01953

Disclaimer: De hier geuite meningen zijn die van de auteur die op persoonlijke titel is uitgedrukt en vertegenwoordigen niet noodzakelijk de mening van AZoM.com Limited T/A AZoNetwork is de eigenaar en beheerder van deze website. Deze disclaimer maakt onderdeel uit van de gebruiksvoorwaarden van deze website.