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PERovskitas CH₃NH₃PbI₃: Ferroelasticidad revelada

14 de abril de 2017
Autores

Evgheni Strelcov, Qingfeng Dong, Tao Li, Jungseok Chae, Yuchuan Shao, Yehao Deng, Alexei Gruverman, Jinsong Huang y Andrea Centrone

Puntos clave

  • AFM-IR se utilizó para encontrar evidencia de ferroelasticidad en CH3NH3PbI3 películas y cristales policristales
  • No se observaron pruebas de ferroelectricidad conomitante
  • La configuración de los dominios ferroelásticos se puede controlar con tensión aplicada

Abstracto

La ferroelectricidad se ha propuesto como un mecanismo plausible para explicar la alta eficiencia de conversión fotovoltaica en perovskitas orgánicas-inorgánicas; sin embargo, todavía faltan pruebas experimentales convincentes en apoyo de esta hipótesis. Identificar y distinguir la ferroelectricidad de otras propiedades, como la piezoelectricidad, la ferroelasticidad, etc., es típicamente notrivial porque estos fenómenos pueden coexistir en muchos materiales. En este trabajo, una combinación de técnicas microscópicas y nanoescala proporciona evidencia sólida de la existencia de dominios ferroelásticos en películas policristalinas CH3NH3PbI3 y cristales individuales en estado prístino y bajo tensión aplicada. Los experimentos muestran que la configuración de los dominiosferroelásticos CH3NH3PbI3 en cristales individuales y películas policristalinas se puede controlar con tensión aplicada, lo que sugiere que la ingeniería de deformación unitaria puede utilizarse para ajustar las propiedades de este material. No se observaron pruebas de ferroelectricidad concomitante. Debido a que los límites del grano tienen un impacto en la estabilidad a largo plazo de los dispositivos de perovskita orgánica-inorgánica, y debido a que los límites del dominio ferroelástico pueden diferir de los límites regulares del grano, el descubrimiento de la ferroelasticidad proporciona una nueva variable a considerar en la búsqueda de mejorar su estabilidad y permitir su adopción generalizada.

(A) Ilustración esquemática de la medición PTIR. Un voladizo AFM mide la expansión térmica resultante de la absorción de la luz. (B) Imagen topográfico AFM del área A2 de la muestra entre electrodos e imágenes PTIR correspondientes de (C) CH₃ deformación asimétrica del ion de metilmonio (1468 cm⁻1) y (D) transición electrónica por encima de la banda (13.250 cm⁻1 y 1,64 eV) de la muestra preparada. (E) Espectros de absorción electrónicos (izquierda) y vibratorios representativos (derecha) obtenidos a partir de estrías contiguas brillantes (puntos rojos) y oscuros (puntos azules) visibles en las imágenes PTIR. (F) Muestra A2 Imagen topográfico AFM e imágenes PTIR correspondientes a 1468 cm⁻1 (G) y 13.250 cm⁻1 (H) obtenidas después de aplicar un sesgo de 0,86 V⁻1 durante 1 min (en el campo eléctrico plano). Barras de escala, 2 m.