1,720,975 research outputs found
Synthesis of organic ammonium salts and their self-assembly in low-dimensional hybrid organic-inorganic perovskites
No full textMaterial properties have a major influence on the development of applications and
their potential features. In this way, material design has a large impact on the
ongoing progress in countless technological fields. Consequently, material
development is essential to address many global challenges which require
technological advancements, such as ‘Affordable and Clean Energy’ and ‘Climate
Action’.1a
Perovskites are a class of materials with a variety of remarkable properties
depending on the chemical composition, including ferro-electricity and
superconductivity.2-3 In the case of lead-halide organic-inorganic hybrid 3D
perovskites, a subclass of these materials, a number of features render them a
suitable candidate for photovoltaics. For instance, high absorption coefficients, a
band gap around ~ 1.5 eV and high charge carrier mobilities are observed.4-6 Solar
cells based on these materials have reached power conversion efficiencies up to
25.2%.7 Presently, one of the key challenges in this field is the limited stability of
these solar cells.8 The goal of the work in this thesis was to overcome the stability
issues surrounding hybrid perovskite materials and to further broaden the scope
of the material class. These objectives were explored by performing cation
substitutions and by lowering the dimensionality of the material, with a strong
focus on two-dimensional (2D) hybrid organic-inorganic perovskites.
In a first step, cation substitutions were performed in three-dimensional (3D)
organic-inorganic hybrid perovskites. Imidazolium- and pyridinium-based
ammonium iodide salts were introduced to review the influence of the base
strength of the precursor on the stability of the resultant perovskite material.
However, the integration of these cations in the 3D perovskite structure proved to be troublesome. No pure phase materials were obtained in this work, which is
an illustration of the limited flexibility of 3D perovskites regarding the size of the
organic cation. Solar cells were fabricated in which imidazolium was applied as an
additive, which slightly improved the open-circuit voltage. These results motivated
us to study the low-dimensional perovskite materials as a way to improve the
stability.
The incorporation of carbazole ammonium iodide derivatives in the perovskite
structure was the starting point of our research in 2D perovskites. Multi-layered
quasi-2D perovskites were prepared, where the amount of inorganic sheets
relative to the organic layer is varied. In this way, the addition of the carbazolebased ammonium salt to the system was evaluated. The study showed that by
adding a small percentage of the carbazole derivative to the perovskite, the
moisture stability of the material and resultant solar cells enhanced significantly
when compared to reference 3D and 2D multi-layered perovskites.
As a following step in the exploration of the tunability of the perovskite system, a
pyrene derivative was synthesized and integrated in low-dimensional hybrids. A
single derivative was used to obtain 2D, 1D and 0D hybrid materials, which were
optically and structurally investigated. The formation and degradation of these
hybrids were studied, which revealed that the 2D material degrades into a 1D
material at elevated temperatures. In addition, the 0D hybrid is significantly less
temperature stable and is converted into the 1D and 2D material when the
temperature is increased. These experiments showed the versatility of lowdimensional hybrid materials and the possibility to design materials with diverse
features, starting from the same precursors. In a next stage, ammonium iodide salts were prepared of organic building blocks
with increased functional features, such as electron-donating or electronaccepting character, high charge carrier mobilities or ambipolar charge transport.
The integration of derivatives of naphthalene diimide, isoindigo, terthiophene,
quaterthiophene and benzothienobenzothiophene in a 2D perovskite was
attempted. For the former two compounds the incorporation was unsuccessful,
which indicates that the 2D perovskite structure also poses limitations on the size
of the organic cation. However, terthiophene, quaterthiophene and
benzothienobenzothiophene were successfully integrated in the organic layer of
the 2D perovskite. The resultant hybrid materials were optically and structurally
characterized. Additionally, the formation and degradation of the 2D perovskites
was investigated with in-situ temperature controlled UV-Vis measurements.
Overall, this study showed that by applying fused aromatic ring systems in the
organic layer, the thermal stability of the obtained 2D perovskites is enhanced.
Regrettably, the study also demonstrated that the boundaries of the perovskite
structure limit the integration of more extended conjugated systems in 2D
perovskites.
Finally, an additional degree of complexity was introduced in the organic layer to
circumvent these size restrictions. Charge-transfer complexes were incorporated
in a perovskite via self-assembly by functionalizing the donor compound and
intercalating the acceptor moiety. These complexes exhibit remarkable properties,
such as ambipolar charge transport, photoconductivity and metallicity, which in
general cannot be attained with small organic building blocks. Pyrene and
tetrathiafulvalene derivatives were applied as donors, while tetracyanobenzene
and tetracyanoquinodimethane were intercalated as acceptors. The pyrene-based
complexes could be formed inside the organic layer, while the tetrathiafulvalene: tetracyanoquinodimethane complex did not form inside a 2D perovskite. This
observation indicates that the specific organization within the complex is crucial
for a successful integration in the perovskite structure. Presumably, a mixed-stack
configuration is required, which is the case for both pyrene-based charge-transfer
complexes. The structure, optical properties, formation and degradation of the 2D
perovskites were studied, clearly showing the presence of charge-transfer bands
in the spectra of the resultant material. On the whole, this study has illustrated
the possibility to integrate charge-transfer complexes in a 2D perovskite, which
greatly increases the versatility of the material class. In this way, the scope of
these perovskite materials has been broadened further.De eigenschappen van een materiaal hebben een grote invloed op de ontwikkeling
van toepassingen en hun mogelijkheden. Daardoor hebben materialen een grote
impact op de vooruitgang in een ontelbaar aantal technologische domeinen.
Bijgevolg is materiaalontwikkeling essentieel om globale uitdagingen aan te
pakken die technologische vooruitgang vereisen, zoals ‘Betaalbare en duurzame
energie’ en ‘Klimaatactie’.1b
Perovskieten vormen een materiaalklasse met een reeks interessante
eigenschappen afhankelijk van hun chemische samenstelling, onder meer ferroelektriciteit en supergeleiding.2-3 In het geval van drie-dimensionele (3D) loodhalogeen organisch-anorganisch hybride perovskieten, een subklasse van deze
materialen, maken een aantal eigenschappen deze materialen erg geschikt voor
fotovoltaïsche cellen. Hoge absorptiecoëfficiënten, een band gap rond ~ 1.5 eV en
hoge mobiliteiten van de ladingsdragers werden waargenomen.4-6 Zonnecellen op
basis van deze materialen hebben tot nu toe een efficiëntie van 25.2% bereikt.7 Op dit moment is één van de grootste uitdagingen in dit veld de beperkte stabiliteit
van deze zonnecellen.8 Het doel van het werk in deze thesis was om de
stabiliteitsproblemen van deze materialen op te lossen en de
toepassingsmogelijkheden uit te breiden. Deze doelen werden verkend door
kationsubstituties uit te voeren en de dimensionaliteit van het materiaal te
verlagen, met een sterke focus op hybride organisch-anorganisch tweedimensionele (2D) perovskieten.
Als een eerste stap werden kationsubstituties uitgevoerd in 3D organischanorganisch hybride perovskieten. Imidazolium- en pyridinium-gebaseerde
ammoniumjodide zouten werden gebruikt om de invloed van de basesterkte van
de precursor op de stabiliteit van de uiteindelijke perovskietmaterialen na te gaan.
De integratie van deze kationen in de 3D perovskietstructuur verliep echter niet
zoals voorzien, aangezien er geen zuivere materialen verkregen werden. Dit geeft
aan dat de 3D perovskietstructuur een beperkte flexibiliteit heeft voor de grootte
van het organisch kation. Zonnecellen werden gemaakt waarin imidazolium als
een additief gebruikt werd. Daarbij werd een verbeterd open-circuit voltage
waargenomen. Deze resultaten motiveerden ons om perovskietmaterialen met
een lagere dimensionaliteit te bestuderen als een manier om de stabiliteit te
verhogen.
De incorporatie van carbazool-ammoniumjodide derivaten in de
perovskietstructuur was het uitgangspunt van ons onderzoek in 2D perovskieten.
Gelaagde quasi-2D perovskieten werden bereid waarin de hoeveelheid van de
anorganische versus organische lagen werd gevarieerd. Op deze wijze werd de
toevoeging van het carbazoolzout aan het systeem geëvalueerd. De studie gaf
aan dat de toevoeging van een kleine hoeveelheid van het carbazoolderivaat
resulteerde in een verhoogde vochtstabiliteit voor zowel het perovskietmateriaal als de bekomen zonnecellen op basis van dit materiaal in vergelijking met
referenties van zowel 3D als 2D gelaagde perovskieten.
Een volgende stap in de verkenning van de structurele variabiliteit van het
perovskietsysteem werd ondernomen door een pyreenderivaat te synthetizeren
en te integreren in laag-dimensionele hybriden. Eén derivaat werd gebruikt om
2D, 1D en 0D hybride materialen te bereiden, die vervolgens optisch en
structureel onderzocht werden. De vorming en degradatie van deze hybriden werd
bestudeerd, wat aantoonde dat het bekomen 2D materiaal degradeert in een 1D
materiaal bij verhoogde temperaturen. Daarnaast werd vastgesteld dat de 0D
hybride een veel lagere temperatuursstabiliteit vertoont en omgezet wordt in de
1D en 2D materialen als de temperatuur verhoogd wordt. Deze experimenten
tonen de variabiliteit van de laag-dimensionele perovskieten aan en de
mogelijkheden op het vlak van materiaalontwerp.
In een volgend stadium werden ammoniumjodidezouten gesynthetiseerd met
functionele eigenschappen zoals een elektronen-donerend of -accepterend
karakter, hoge mobiliteiten van de ladingsdragers of ambipolair ladingstransport.
De integratie van derivaten van naftaleendiimide, isoindigo, terthiofeen,
quaterthiofeen en benzothienobenzothiofeen in een 2D perovskiet werd
ondernomen. Voor de eerste twee moleculen was de incorporatie onsuccesvol,
wat aangeeft dat de 2D perovskietstructuur ook bepaalde beperkingen heeft op
het vlak van de grootte van het organische kation. De terthiofeen-,
quaterthiofeen- en benzothienobenzothiofeenderivaten werden echter wel
geïntegreerd in de organische laag van een 2D perovskiet. De bekomen hybride
materialen werden optisch en structureel gekarakteriseerd. Daarnaast werd de
vorming en degradatie van de 2D perovskieten onderzocht met in-situ
temperatuursgecontroleerde UV-Vis metingen. Deze studie toonde aan dat gefuseerde aromatische ringsystemen in de organische laag de stabiliteit van de
verkregen 2D perovskieten verhogen. Er werd echter ook vastgesteld dat de
limieten van de perovskietstructuur de integratie van uitgebreidere conjugeerde
systemen verhinderen.
Tenslotte werd de complexiteit van de organische laag verder verhoogd om deze
structurele beperkingen te omzeilen. Ladingstransfercomplexen werden
geïntegreerd in het perovskiet via zelfassemblage door een donorverbinding te
functionalizeren en een acceptor te intercaleren. Deze complexen bezitten
merkwaardige eigenschappen die ongebruikelijk zijn voor kleine organische
bouwstenen, zoals ambipolair ladingstransport, fotogeleiding en metalliciteit.
Pyreen- en tetrathiafulvaleenderivaten werden gebruikt als donors, aangevuld
met tetracyanobenzeen en tetracyanoquinodimethaan als acceptoren. De pyreengebaseerde complexen werden gevormd in de organische laag, maar het
tetrathiafulvalene:tetracyanoquinodimethaan complex kon niet gevormd worden
in een 2D perovskiet. Deze waarneming geeft aan dat een specifieke organisatie
binnen het ladingstransfercomplex vereist is voor succesvolle integratie in de
perovskietstructuur. Wellicht is een mixed-stack configuratie essentieel,
aangezien dit in beide gevallen bekomen wordt voor de pyreen-gebaseerde
complexen. De structuur, optische eigenschappen, vorming en degradatie van
deze 2D perovskieten werden bestudeerd, waarbij de ladingstransfer banden
duidelijk zichtbaar zijn in de spectra van het materiaal. Deze studie illustreerde
de mogelijkheid om ladingstransfercomplexen te incorporeren in een 2D
perovskiet, wat de variabiliteit van de materialen verhoogt. Op deze manier werd
het toepassingsveld van deze perovskietmaterialen verder verbreed
Synthesis of organic ammonium salts and their self-assembly in low-dimensional hybrid organic-inorganic perovskites
No full textMaterial properties have a major influence on the development of applications and
their potential features. In this way, material design has a large impact on the
ongoing progress in countless technological fields. Consequently, material
development is essential to address many global challenges which require
technological advancements, such as ‘Affordable and Clean Energy’ and ‘Climate
Action’.1a
Perovskites are a class of materials with a variety of remarkable properties
depending on the chemical composition, including ferro-electricity and
superconductivity.2-3 In the case of lead-halide organic-inorganic hybrid 3D
perovskites, a subclass of these materials, a number of features render them a
suitable candidate for photovoltaics. For instance, high absorption coefficients, a
band gap around ~ 1.5 eV and high charge carrier mobilities are observed.4-6 Solar
cells based on these materials have reached power conversion efficiencies up to
25.2%.7 Presently, one of the key challenges in this field is the limited stability of
these solar cells.8 The goal of the work in this thesis was to overcome the stability
issues surrounding hybrid perovskite materials and to further broaden the scope
of the material class. These objectives were explored by performing cation
substitutions and by lowering the dimensionality of the material, with a strong
focus on two-dimensional (2D) hybrid organic-inorganic perovskites.
In a first step, cation substitutions were performed in three-dimensional (3D)
organic-inorganic hybrid perovskites. Imidazolium- and pyridinium-based
ammonium iodide salts were introduced to review the influence of the base
strength of the precursor on the stability of the resultant perovskite material.
However, the integration of these cations in the 3D perovskite structure proved to be troublesome. No pure phase materials were obtained in this work, which is
an illustration of the limited flexibility of 3D perovskites regarding the size of the
organic cation. Solar cells were fabricated in which imidazolium was applied as an
additive, which slightly improved the open-circuit voltage. These results motivated
us to study the low-dimensional perovskite materials as a way to improve the
stability.
The incorporation of carbazole ammonium iodide derivatives in the perovskite
structure was the starting point of our research in 2D perovskites. Multi-layered
quasi-2D perovskites were prepared, where the amount of inorganic sheets
relative to the organic layer is varied. In this way, the addition of the carbazolebased ammonium salt to the system was evaluated. The study showed that by
adding a small percentage of the carbazole derivative to the perovskite, the
moisture stability of the material and resultant solar cells enhanced significantly
when compared to reference 3D and 2D multi-layered perovskites.
As a following step in the exploration of the tunability of the perovskite system, a
pyrene derivative was synthesized and integrated in low-dimensional hybrids. A
single derivative was used to obtain 2D, 1D and 0D hybrid materials, which were
optically and structurally investigated. The formation and degradation of these
hybrids were studied, which revealed that the 2D material degrades into a 1D
material at elevated temperatures. In addition, the 0D hybrid is significantly less
temperature stable and is converted into the 1D and 2D material when the
temperature is increased. These experiments showed the versatility of lowdimensional hybrid materials and the possibility to design materials with diverse
features, starting from the same precursors. In a next stage, ammonium iodide salts were prepared of organic building blocks
with increased functional features, such as electron-donating or electronaccepting character, high charge carrier mobilities or ambipolar charge transport.
The integration of derivatives of naphthalene diimide, isoindigo, terthiophene,
quaterthiophene and benzothienobenzothiophene in a 2D perovskite was
attempted. For the former two compounds the incorporation was unsuccessful,
which indicates that the 2D perovskite structure also poses limitations on the size
of the organic cation. However, terthiophene, quaterthiophene and
benzothienobenzothiophene were successfully integrated in the organic layer of
the 2D perovskite. The resultant hybrid materials were optically and structurally
characterized. Additionally, the formation and degradation of the 2D perovskites
was investigated with in-situ temperature controlled UV-Vis measurements.
Overall, this study showed that by applying fused aromatic ring systems in the
organic layer, the thermal stability of the obtained 2D perovskites is enhanced.
Regrettably, the study also demonstrated that the boundaries of the perovskite
structure limit the integration of more extended conjugated systems in 2D
perovskites.
Finally, an additional degree of complexity was introduced in the organic layer to
circumvent these size restrictions. Charge-transfer complexes were incorporated
in a perovskite via self-assembly by functionalizing the donor compound and
intercalating the acceptor moiety. These complexes exhibit remarkable properties,
such as ambipolar charge transport, photoconductivity and metallicity, which in
general cannot be attained with small organic building blocks. Pyrene and
tetrathiafulvalene derivatives were applied as donors, while tetracyanobenzene
and tetracyanoquinodimethane were intercalated as acceptors. The pyrene-based
complexes could be formed inside the organic layer, while the tetrathiafulvalene: tetracyanoquinodimethane complex did not form inside a 2D perovskite. This
observation indicates that the specific organization within the complex is crucial
for a successful integration in the perovskite structure. Presumably, a mixed-stack
configuration is required, which is the case for both pyrene-based charge-transfer
complexes. The structure, optical properties, formation and degradation of the 2D
perovskites were studied, clearly showing the presence of charge-transfer bands
in the spectra of the resultant material. On the whole, this study has illustrated
the possibility to integrate charge-transfer complexes in a 2D perovskite, which
greatly increases the versatility of the material class. In this way, the scope of
these perovskite materials has been broadened further.De eigenschappen van een materiaal hebben een grote invloed op de ontwikkeling
van toepassingen en hun mogelijkheden. Daardoor hebben materialen een grote
impact op de vooruitgang in een ontelbaar aantal technologische domeinen.
Bijgevolg is materiaalontwikkeling essentieel om globale uitdagingen aan te
pakken die technologische vooruitgang vereisen, zoals ‘Betaalbare en duurzame
energie’ en ‘Klimaatactie’.1b
Perovskieten vormen een materiaalklasse met een reeks interessante
eigenschappen afhankelijk van hun chemische samenstelling, onder meer ferroelektriciteit en supergeleiding.2-3 In het geval van drie-dimensionele (3D) loodhalogeen organisch-anorganisch hybride perovskieten, een subklasse van deze
materialen, maken een aantal eigenschappen deze materialen erg geschikt voor
fotovoltaïsche cellen. Hoge absorptiecoëfficiënten, een band gap rond ~ 1.5 eV en
hoge mobiliteiten van de ladingsdragers werden waargenomen.4-6 Zonnecellen op
basis van deze materialen hebben tot nu toe een efficiëntie van 25.2% bereikt.7 Op dit moment is één van de grootste uitdagingen in dit veld de beperkte stabiliteit
van deze zonnecellen.8 Het doel van het werk in deze thesis was om de
stabiliteitsproblemen van deze materialen op te lossen en de
toepassingsmogelijkheden uit te breiden. Deze doelen werden verkend door
kationsubstituties uit te voeren en de dimensionaliteit van het materiaal te
verlagen, met een sterke focus op hybride organisch-anorganisch tweedimensionele (2D) perovskieten.
Als een eerste stap werden kationsubstituties uitgevoerd in 3D organischanorganisch hybride perovskieten. Imidazolium- en pyridinium-gebaseerde
ammoniumjodide zouten werden gebruikt om de invloed van de basesterkte van
de precursor op de stabiliteit van de uiteindelijke perovskietmaterialen na te gaan.
De integratie van deze kationen in de 3D perovskietstructuur verliep echter niet
zoals voorzien, aangezien er geen zuivere materialen verkregen werden. Dit geeft
aan dat de 3D perovskietstructuur een beperkte flexibiliteit heeft voor de grootte
van het organisch kation. Zonnecellen werden gemaakt waarin imidazolium als
een additief gebruikt werd. Daarbij werd een verbeterd open-circuit voltage
waargenomen. Deze resultaten motiveerden ons om perovskietmaterialen met
een lagere dimensionaliteit te bestuderen als een manier om de stabiliteit te
verhogen.
De incorporatie van carbazool-ammoniumjodide derivaten in de
perovskietstructuur was het uitgangspunt van ons onderzoek in 2D perovskieten.
Gelaagde quasi-2D perovskieten werden bereid waarin de hoeveelheid van de
anorganische versus organische lagen werd gevarieerd. Op deze wijze werd de
toevoeging van het carbazoolzout aan het systeem geëvalueerd. De studie gaf
aan dat de toevoeging van een kleine hoeveelheid van het carbazoolderivaat
resulteerde in een verhoogde vochtstabiliteit voor zowel het perovskietmateriaal als de bekomen zonnecellen op basis van dit materiaal in vergelijking met
referenties van zowel 3D als 2D gelaagde perovskieten.
Een volgende stap in de verkenning van de structurele variabiliteit van het
perovskietsysteem werd ondernomen door een pyreenderivaat te synthetizeren
en te integreren in laag-dimensionele hybriden. Eén derivaat werd gebruikt om
2D, 1D en 0D hybride materialen te bereiden, die vervolgens optisch en
structureel onderzocht werden. De vorming en degradatie van deze hybriden werd
bestudeerd, wat aantoonde dat het bekomen 2D materiaal degradeert in een 1D
materiaal bij verhoogde temperaturen. Daarnaast werd vastgesteld dat de 0D
hybride een veel lagere temperatuursstabiliteit vertoont en omgezet wordt in de
1D en 2D materialen als de temperatuur verhoogd wordt. Deze experimenten
tonen de variabiliteit van de laag-dimensionele perovskieten aan en de
mogelijkheden op het vlak van materiaalontwerp.
In een volgend stadium werden ammoniumjodidezouten gesynthetiseerd met
functionele eigenschappen zoals een elektronen-donerend of -accepterend
karakter, hoge mobiliteiten van de ladingsdragers of ambipolair ladingstransport.
De integratie van derivaten van naftaleendiimide, isoindigo, terthiofeen,
quaterthiofeen en benzothienobenzothiofeen in een 2D perovskiet werd
ondernomen. Voor de eerste twee moleculen was de incorporatie onsuccesvol,
wat aangeeft dat de 2D perovskietstructuur ook bepaalde beperkingen heeft op
het vlak van de grootte van het organische kation. De terthiofeen-,
quaterthiofeen- en benzothienobenzothiofeenderivaten werden echter wel
geïntegreerd in de organische laag van een 2D perovskiet. De bekomen hybride
materialen werden optisch en structureel gekarakteriseerd. Daarnaast werd de
vorming en degradatie van de 2D perovskieten onderzocht met in-situ
temperatuursgecontroleerde UV-Vis metingen. Deze studie toonde aan dat gefuseerde aromatische ringsystemen in de organische laag de stabiliteit van de
verkregen 2D perovskieten verhogen. Er werd echter ook vastgesteld dat de
limieten van de perovskietstructuur de integratie van uitgebreidere conjugeerde
systemen verhinderen.
Tenslotte werd de complexiteit van de organische laag verder verhoogd om deze
structurele beperkingen te omzeilen. Ladingstransfercomplexen werden
geïntegreerd in het perovskiet via zelfassemblage door een donorverbinding te
functionalizeren en een acceptor te intercaleren. Deze complexen bezitten
merkwaardige eigenschappen die ongebruikelijk zijn voor kleine organische
bouwstenen, zoals ambipolair ladingstransport, fotogeleiding en metalliciteit.
Pyreen- en tetrathiafulvaleenderivaten werden gebruikt als donors, aangevuld
met tetracyanobenzeen en tetracyanoquinodimethaan als acceptoren. De pyreengebaseerde complexen werden gevormd in de organische laag, maar het
tetrathiafulvalene:tetracyanoquinodimethaan complex kon niet gevormd worden
in een 2D perovskiet. Deze waarneming geeft aan dat een specifieke organisatie
binnen het ladingstransfercomplex vereist is voor succesvolle integratie in de
perovskietstructuur. Wellicht is een mixed-stack configuratie essentieel,
aangezien dit in beide gevallen bekomen wordt voor de pyreen-gebaseerde
complexen. De structuur, optische eigenschappen, vorming en degradatie van
deze 2D perovskieten werden bestudeerd, waarbij de ladingstransfer banden
duidelijk zichtbaar zijn in de spectra van het materiaal. Deze studie illustreerde
de mogelijkheid om ladingstransfercomplexen te incorporeren in een 2D
perovskiet, wat de variabiliteit van de materialen verhoogt. Op deze manier werd
het toepassingsveld van deze perovskietmaterialen verder verbreed
Inducing Charge Separation in Solid-State Two-Dimensional Hybrid Perovskites through the Incorporation of Organic Charge-Transfer Complexes
No full textTwo-dimensional (2D) hybrid perovskites make up an emerging class of materials for optoelectronic applications in which inorganic octahedral layers are separated by nonconductive large organic cations. This leads to a high-dimensional and dielectric confinement and hence a high exciton binding energy, which severely limits their application in devices in which charge carrier separation is required. In this work, we achieve improved charge separation by replacing nonconductive organic cations with organic charge-transfer complexes consisting of a pyrene donor and a tetracyanoquinodimethane acceptor. Steady-state absorption measurements show that these materials exhibit optical features that match with the absorption of the organic charge-transfer complexes. Using microwave conductivity and femtosecond transient absorption, we show that photoexcitation of these charge-transfer states leads to long-lived mobile charges in the inorganic layers. While the efficiency of charge separation is relatively low, these experiments demonstrate that it is possible to induce charge separation in solid-state 2D perovskites by engineering the organic layer.ChemE/Opto-electronic Material
Towards 2D layered hybrid perovskites with enhanced functionality : introducing charge-transfer complexes via self-assembly
No full textThis study broadens the family of 2D layered perovskites by demonstrating that it is possible to self-assemble organic charge-transfer complexes in their organic layer. Organic charge-transfer complexes, formed by combining charge-donating and charge-accepting molecules, are a diverse class of materials that can possess exceptional optical and electronic properties
2D layered perovskite containing functionalised benzothieno-benzothiophene molecules: Formation, degradation, optical properties and photoconductivity
Full text link2D layered hybrid perovskites are currently in the spotlight for applications such as solar cells, light-emitting diodes, transistors and photodetectors. The structural freedom of 2D layered perovskites allows for the incorporation of organic cations that can potentially possess properties contributing to the performance of the hybrid as a whole. In this study, we incorporated a benzothieno[3,2-b]benzothiophene (BTBT) alkylammonium cation into the organic layer of a 2D layered lead iodide perovskite. The formation and degradation of this material are discussed in detail. It is shown that the use of a solvent vapour annealing method significantly enhances the absorption, emission and crystallinity of films of this 2D layered perovskite as compared to regular thermal annealing. The photoconductivity of the films was determined using time-resolved microwave conductivity (TRMC) as well as in a device. In both cases, the solvent vapour annealed films show markedly higher photoconductivity than the films obtained using the regular thermal annealing approach.ChemE/Opto-electronic Material
Multi-layered hybrid perovskites templated with carbazole derivatives: Optical properties, enhanced moisture stability and solar cell characteristics
No full textResearch into 2D layered hybrid perovskites is on the rise due to the enhanced stability of these materials compared to 3D hybrid perovskites. Recently, interest towards the use of functional organic cations for these materials is increasing. However, a vast amount of the parameter space remains unexplored in multi-layered (n > 1) hybrid perovskites for solar cell applications. Here, we incorporate carbazole derivatives as a proof of concept towards the use of tailored functional molecules in multi-layered perovskites. Films of low-n carbazole containing perovskites show high photoconductivity half-lifetimes. Higher-n (〈n〉 = 40) multi-layered perovskite films possess charge carrier diffusion lengths comparable to MAPI thin films. Solar cells containing these materials have comparable efficiencies to our MAPI and phenethylammonium (PEA)-containing multi-layered perovskite reference devices. Moisture stability tests were performed both at the material and device levels. In comparison to MAPI and PEA-based materials and solar cells, the addition of a small percentage of the carbazole derivative to the perovskite material significantly enhances the moisture stability.ChemE/Opto-electronic Material
Light-Induced Charge Transfer in Two-Dimensional Hybrid Lead Halide Perovskites
No full text2D hybrid perovskites consisting of layers of lead halide octahedra separated by long organic linker cations have great potential for functional material design toward tailored optical and electronic properties. Here, we report the first direct observation of light-induced charge transfer (CT) in a series of novel 2D perovskites incorporating conjugated linkers based on the carbazole molecule. Dedicated electron paramagnetic resonance experiments and supporting quantum-chemical calculations reveal that excitons generated in the lead halide layer undergo CT at the organic-inorganic interface, resulting in a positive polaron delocalized over several carbazole moieties and a partner electron residing in the inorganic layer. The occurrence of such CT processes in these materials not only offers interesting new perspectives for the functionalization of future 2D perovskites but could also lead to a better understanding of the unusual broadband emission reported for this material class, which has been directly related to polaronic effects.The authors want to acknowledge the Research Foundation Flanders (FWO Vlaanderen) for support of this work through the Ph.D. fellowship of M.V.L. (grant number 1185019N), the SB Ph.D. fellowship of W.V.G. (project number 1S17516N), the
funding of the SBO project called PROCEED (S002019N), the senior research project with grant number G043320N, and the M-ERA.NET project called PROMISES. Interreg VlaanderenNederland is acknowledged for the funding of the PVopMAAT
project
Low‐Dimensional Hybrid Perovskites Containing an Organic Cation with an Extended Conjugated System: Tuning the Excitonic Absorption Features
No full textLow-dimensional hybrid perovskites are receiving increased attention. One of the advantages of the low-dimensional hybrids over their 3D counterparts is their greater structural flexibility towards the incorporation of bigger, more complex, organic cations. In this communication, we introduce a pyrene derivative as an organic cation containing an extended pi-system for use in a variety of low-dimensional hybrids. We show that materials with different excitonic absorption features can be obtained by tuning the iodide/lead ratio in the precursor solutions, using the same pyrene cation. In this way, hybrids with optical characteristics corresponding to 2D, 1D and 0D hybrid perovskites are obtained. The formation and thermal stability of the different hybrids is analysed and compared
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
- …
