Haluro de plomo de metilamonio

Los haluros de metilamonio y plomo (MALH) son compuestos sólidos con estructura de perovskita y una fórmula química de CH 3 NH 3 PbX 3 , donde X = I, Br o Cl. Tienen aplicaciones potenciales en células solares , láseres , diodos emisores de luz , fotodetectores , detectores de radiación, [2] [3] centelleadores , [4] almacenamiento de datos magneto-ópticos [5] y producción de hidrógeno. [6]

Estructura cristalina CH 3 NH 3 PbX 3 . [1]

En la estructura cristalina cúbica de CH 3 NH 3 PbX 3 , el catión metilamonio (CH 3 NH 3 + ) está rodeado por octaedros de PbX 6 . Los iones X no son fijos y pueden migrar a través del cristal con una energía de activación de 0,6 eV; la migración es asistida por vacantes. [1] Los cationes de metilamonio pueden rotar dentro de sus jaulas. A temperatura ambiente, los iones tienen el eje CN alineado hacia las direcciones de las caras de las celdas unitarias y las moléculas cambian aleatoriamente a otra de las seis direcciones de las caras en una escala de tiempo de 3 ps. [7]

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Crecimiento de un monocristal de CH 3 NH 3 PbI 3 en gamma-butirolactona a 110 ° C. El color amarillo se origina en el precursor de yoduro de plomo (II) . [6]
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Crecimiento de un monocristal de CH 3 NH 3 PbBr 3 en dimetilformamida a 80 ° C. [6]

La solubilidad de los MALH disminuye considerablemente con el aumento de temperatura: de 0,8 g / ml a 20 ° C a 0,3 g / ml a 80 ° C para CH 3 NH 3 PbI 3 en dimetilformamida. Esta propiedad se usa en el crecimiento de monocristales y películas de MALH a partir de la solución, usando una mezcla de polvos de CH 3 NH 3 X y PbX 2 como precursor. Las tasas de crecimiento son de 3 a 20 mm 3 / hora para CH 3 NH 3 PbI 3 y alcanzan 38 mm 3 / hora para cristales de CH 3 NH 3 PbBr 3 . [6]

Los cristales resultantes son metaestables y se disuelven en la solución de crecimiento cuando se enfrían a temperatura ambiente. Tienen bandas prohibidas de 2,18 eV para CH 3 NH 3 PbBr 3 y 1,51 eV para CH 3 NH 3 PbI 3 , mientras que sus respectivas movilidades de portador son 24 y 67 cm 2 / (V · s). [6] Su conductividad térmica es excepcionalmente baja, ~ 0.5 W / (K · m) a temperatura ambiente para CH 3 NH 3 PbI 3 . [8]

Inicialmente, los investigadores de células solares de perovskita adoptaron ampliamente un mecanismo de ruta de descomposición propuesto para CH 3 NH 3 PbI 3 en presencia de agua [9] que libera CH 3 NH 2 y gases HI . Posteriormente, se descubrió que los principales gases liberados durante la degradación térmica a alta temperatura (> 360 ° C) del CH 3 NH 3 PbI 3 son el yoduro de metilo (CH 3 I) y el amoníaco (NH 3 ). [10] [11]

En 2017, se ha inferido utilizando mediciones de XPS in situ que en presencia de vapor de agua, la sal de CH 3 NH 3 I no puede ser producto de la degradación de la perovskita de CH 3 NH 3 PbI 3 . [12]

Se ha confirmado una reacción similar de degradación a alta temperatura para el CH 3 NH 3 PbBr 3 [13]

Además, las mediciones de espectrometría de masas de alta resolución en condiciones de baja temperatura (<100 ° C) compatibles con la operación fotovoltaica encontraron que el CH 3 NH 3 PbI 3 sufre cambios reversibles,

y reacciones de descomposición química irreversibles al vacío cuando se aplica iluminación o pulsos de calor. [13]


Recientemente, se ha propuesto un método para cuantificar la estabilidad química intrínseca de perovskitas de haluro híbrido mezcladas arbitrariamente. [14]

Los MALH tienen aplicaciones potenciales en células solares , láseres , [15] diodos emisores de luz , fotodetectores , detectores de radiación, [3] centelleadores [4] y producción de hidrógeno. [6] La eficiencia de conversión de energía de las células solares MALH supera el 19%. [16] [17]

  • Haluro de metilamonio

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