Estrutura, propriedades e efeitos de envelhecimento do iodeto de chumbo e metilamônio parcialmente substituído com guanidínio - Minussi, Fernando Brondani (2022)
As perovskitas de haletos (HPs) são uma classe de materiais conhecida por combinar inúmeras propriedades intrigantes, que advêm de diferentes possibilidades de composições e rotas de síntese, e lhes confere flexibilidade em aplicações. Embora tenham o potencial de revolucionar a optoeletrônica, perspectivas comerciais são limitadas pela instabilidade de seus dispositivos. Fatores comuns que levam à sua degradação são a exposição à umidade, oxigênio, luz e altas temperaturas. Em geral, estudos sobre a estabilidade de HPs são realizados em condições de degradação forçada, em filmes finos e/ou dispositivos, nos quais a presença de diferentes camadas pode alterar a forma como o material se transforma ao longo do tempo. Porém, pouco se conhece sobre possíveis modificações que as HP podem sofrem em condições não forçadas de degradação. Nesse cenário, o desenvolvimento de sistemas de cátions mistos vem se destacando como estratégia para alcançar propriedades otimizadas aliadas à maior estabilidade. Nos últimos anos, interesse tem sido dedicado ao estudo dos efeitos da incorporação de guanidínio (GA+) em várias HPs. Em particular, seu uso como um cátion substituto no iodeto de chumbo de metilamônio (MAPbI3) resultou em propriedades aprimoradas e, como consequência, em dispositivos mais eficientes e estáveis. Apesar disso, informações contraditórias ou inexistentes no sistema de iodeto de chumbo e metilamônio parcialmente substituído com guanidínio (GAxMA1-xPbI3) atrasam conquistas ainda melhores. No presente trabalho, demonstrou-se que soluções sólidas de GAxMA1-xPbI3 possuem temperaturas de transição de fase dependentes da concentração de GA+ e que a permissividade dielétrica e a condutividade iônica diminuem, enquanto os tempos de relaxação aumentam com a substituição GA+. Por sua vez, as energias de ativação para migração iônica passam por um máximo em concentrações intermediárias de GA+. Por meio de um procedimento de envelhecimento no escuro sob condições brandas de umidade e temperatura por 6 meses, foram investigadas as mudanças intrínsecas que composições desse sistema podem sofrer. Foram avaliadas mudanças estruturais (composição de fase e parâmetros de rede), microestruturais (tamanhos de grão) e elétricas (energias de band gap, histerese I-V, condutividade iônica, tempos de relaxação, mobilidade de portadores e densidades de portadores e de armadilhas eletrônicas). Mostrou-se que o comportamento de envelhecimento pode ser afetado não apenas pela presença de cátions de GA+, mas também por suas concentrações.