Metal Halide Perovskites Demonstrate Radiation Hardness and Defect Healing in Vacuum

甲脒 材料科学 钙钛矿(结构) 卤化物 碘化物 晶体缺陷 无机化学 分析化学(期刊) 结晶学 化学 有机化学
作者
Michael Holland,Anthony Ruth,Kamil Mielczarek,Vivek V. Dhas,Joseph J. Berry,Michael D. Irwin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (7): 9352-9362 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.1c24709
摘要

Herein, we subject formamidinium lead iodide films to oxygen-containing gases (flowing O2 or free diffusion of lab atmosphere), inert gases (flowing He, Ar, or N2), and vacuum. Our films are irradiated by Cu Kα X-rays and held at 75 °C while X-ray diffraction is recorded. Under all gas conditions, we observe a reproducible 1.1 ± 0.5 Å3 perovskite lattice contraction from an initial unit cell volume of 256.5 ± 0.8 Å3 concurrent with continuous perovskite loss and lead iodide growth. Oxygen-containing gases increase the reaction rates without materially altering perovskite structural changes. Under the same temperature and irradiation conditions in vacuo, a self-healing reaction is observed, exhibited by a reproducible (0.9 ± 0.3 Å3) lattice expansion and stabilization of the perovskite. Interactions between the perovskite, defects, and minority phases are simulated by generalized gradient approximation Perdew-Burke-Ernzerhof (GGA-PBE) density functional theory. Lattice contraction indicates an increase in the concentration of Schottky defects─pairs of formamidinium and iodine vacancies. Under irradiation in every atmospheric condition, a solid solution of Schottky defects with a concentration of several percent diffuses and precipitates forming lead iodide and consuming the defects. In the presence of ionized gases, this framework is modified to include the continual loss of formamidinium and iodine ions from the perovskite forming Schottky defects.
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