Een chemicus van de RUDN University heeft vier nieuwe stabiele verbindingen ontdekt die kunnen worden verkregen bij de reactie van jodium met methylammoniumjodide - het gebruik van deze stoffen maakt de productie van perovskiet-zonnepanelen mogelijk zonder giftige reagentia en voorkomt bijproducten tijdens de productie. Het artikel is gepubliceerd in The Journal of Physical Chemistry Letters .

Op lood gebaseerde hybride perovskieten worden in moderne zonnecellen gebruikt als lichtabsorberende laag. Maar ze zijn onstabiel voor vocht, en bestaande technologieën vereisen het gebruik van oplossingen en giftige oplosmiddelen. Dit bemoeilijkt de technologie en maakt het potentieel gevaarlijk.

De oplossing voor het probleem kunnen oplosmiddelvrije methoden zijn, dat is, het gebruik van smelten in plaats van oplossingen, bijvoorbeeld het aanbrengen van een polyjodidesmelt op een dunne film van metallisch lood. Echter, er zijn weinig betrouwbare studies van polyjodidechemie. Onderzoekers bestudeerden de eigenschappen van methylammonium (CH ₃ NH ₃ ) en jodiumverbindingen om varianten van verbindingen te vinden die geschikt zijn voor gebruik bij de productie van perovskietzonnecellen.

Verbindingen van het systeem methylammoniumjodide (MA) en jodium smelten bij kamertemperatuur en vormen ionische vloeistoffen - smelten die uitsluitend uit ionen zijn samengesteld. Deze voorlopervloeistoffen kunnen gelijkmatig worden aangebracht op grote oppervlakken, de industriële productie van modulaire zonnecellen op basis van hybride perovskieten voor de commerciële markt brengen.

Vloeistoffen op basis van polyjodiden smelten bij kamertemperatuur alleen in aanwezigheid van grote organische kationen in de samenstelling. RUDN University-chemicus Victor Khrustalev verklaarde dit verschil door het feit dat het methylammoniumkation een groot dipoolmoment heeft en in staat is een groot aantal waterstofbruggen te vormen. Bij kleine kationgroottes, dit leidt tot verhoogde entropie tijdens het smelten, wat de smelttemperatuur verlaagt.

Onder bepaalde omstandigheden, kristallen van verschillende samenstellingen beginnen uit de vloeistof te evolueren - MAI ₂ , MAI _2.67 , MAI ₄ en MAI _5.5 . Om de omstandigheden te bepalen waaronder er een smelt is, wetenschappers hebben een theoretische berekening gemaakt van de enthalpie en entropie van de vorming van deze kristallen. Voor alle verbindingen behalve MAI ₂ , de reactie van het verkrijgen van een verbinding met een lager jodiumgehalte hing uitsluitend af van de entropiebijdrage. Сhemisten legden uit dat de toename van enthalpie tijdens de overgang naar verbindingen met een hoger jodiumgehalte te wijten is aan de verzwakking van de interactie van kationen met anionen als gevolg van de verdeling van een kleine negatieve lading op een groot polyjodide-anion. Een vergelijkbare toename in entropie is te wijten aan de complexiteit van polyanionen en de verzwakking van de bindingen daartussen.

Met deze thermodynamische gegevens konden we de experimentele waarden van de grenzen waarin de smelt kan voorkomen, definiëren en generaliseren.

Chemici hebben ook ontdekt dat dergelijke effecten optreden in vergelijkbare verbindingen met het formamidine-kation (FA ⁺ =HC(NH ₂ ) ₂ ) en polybromiden. Bovendien, de gemengde samenstelling (MABr ₃ ) _0,15 (FAI ₃ ) _0,85 vertoont ionische vloeistofeigenschappen van -40 tot 80 °C. Een dergelijk laag smeltpunt van de voorloper is gunstig voor het verkrijgen van dunne films van gemengde hybride perovskieten die maximale lichtabsorberende eigenschappen vertonen.