Noble metal halide crystals
Φόρτωση...
Ημερομηνία
2026-04-02
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), ΔΠΜΣ Νανοτεχνολογία για Ενεργειακές Εφαρμογές
Επιβλέπων
Περίληψη
Halide Perovskites have attracted significant attention in the field of materials science due
to their potential in optoelectronic applications, as they behave as high-performance semiconductors
with interesting properties, such as defect tolerance that enables them to act as
photo-active layers in solar cell thin-film devices.
The aim of the exploratory research project examined in this Thesis, is the synthesis and
characterization of inorganic halide crystal semiconductors through wet synthesis and characterization
of their structural, optical and electrical properties. Our findings revealed the
existence of a new series of quaternary perovskites in the A-M-M’-X system (A is an alkali
metal, M is a group 10 metal M’ is a group 11 metal and X is a halogen), with the
observed compounds presenting close characteristics to that of typical halide perovskites
such as CsPbBr3. The combination of groups 10/11 metals provides a fertile ground for the
discovery of new structure-type archetypes divided in several families of composition- and
property-tunable compounds. Among the new compounds synthesized, a hitherto unknown
perovskite structure was obtained in the form of the vacancy-ordered quadruple perovskite
Cs4Au2Pd□X12 (□ denotes an ordered vacancy) crystallizing in a 4x4x4 body-centered
cubic space group. The crystal structure for all the compounds were determined via singlecrystal
X-ray diffraction which, where necessary, were complemented by elemental analyses
(SEM/EDS) and oxidation number sensitive spectroscopy (XPS). The materials were further
characterized thermochemically to establish thermal stability, while their optical spectra
(0.8eV > Eg > 2.0 eV) and electrical resistivity (ρ ∼ 108Ωcm) were recorded to establish
their semiconducting nature. Our research provides new insights into the halide perovskite
compositional space and assesses the fundamental properties of these new inorganic and
hybrid halide perovskite-like crystals towards further optoelectronic applications
Οι περοβσκίτες άλατα του χαλκού έχουν τραβήξει σημαντική προσοχή στον τομέα της επιστήμης των υλικών λόγω της δυνατότητάς τους στις οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές, καθώς συμπεριφέρονται ως ημιαγωγοί υψηλής απόδοσης με ενδιαφέρουσες ιδιότητες, όπως η ανοχή στα ελαττώματα που τους επιτρέπει να λειτουργούν ως φωτοδραστικά στρώματα σε ηλιακά κύτταρα με λεπτά υμένη. Σκοπός αυτής της Διατριβής είναι η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός ανόργανων ημιαγωγικών κρυστάλλων Περοβσκίτη με χρήση υγρής σύνθεσης και τον χαρακτηρισμό των δομικών, οπτικών και ηλεκτρικών τους ιδιοτήτων. Τα ευρήματά μας αποκάλυψαν την ύπαρξη μιας νέας σειράς τετρακύριων περοβσκιτών στο σύστημα Α-Μ-Μ’-Χ (όπου το Α είναι ένα αλκαλικό μέταλλο, το Μ είναι μέταλλο ομάδας 10, το Μ’ είναι μέταλλο ομάδας 11 και το Ξ είναι ένα αλογονο), με τα παρατηρούμενα ενώσεις να παρουσιάζουν κοντινά χαρακτηριστικά με εκείνα των τυπικών περοβσκιτών όπως το CsPbBr3. Η συνδυασμένη χρήση μετάλλων ομάδας 10/11 παρέχει ένα εύφορο έδαφος για τον εντοπισμό νέων τύπων δομών που χωρίζονται σε αρκετές οικογένειες των ενώσεων με ρυθμιζόμενη σύνθεση και ιδιότητες. Ανάμεσα στις νέες ενώσεις που συνθέσαμε, προέκυψε μια άγνωστη μέχρι τότε δομή περοβσκίτη στη μορφή του τετραπλού περοβσκίτη με ταξινομημένο κενό Cs4Au2Pd□X12 (□ υποδηλώνει ένα ταξινομημένο κενό) που κρυσταλλώνει σε έναν κυβικό χώρο 4Χ4Χ4 με κεντρό συμμετρικά. Η κρυσταλλική δομή για όλες τις ενώσεις καθορίστηκε μέσω μονοκρυσταλλικής διάχυσης ακτίνων Χ, οπού απαιτείτο, συμπληρώθηκε με στοιχειακές αναλύσεις και φασματοσκοπίας ευαίσθητης στον αριθμό οξειδώσεων. Τα υλικά χαρακτηρίστηκαν επιπλέον θερμοχημικά για την εγκαθίδρυση της θερμικής σταθερότητας τους.
Οι περοβσκίτες άλατα του χαλκού έχουν τραβήξει σημαντική προσοχή στον τομέα της επιστήμης των υλικών λόγω της δυνατότητάς τους στις οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές, καθώς συμπεριφέρονται ως ημιαγωγοί υψηλής απόδοσης με ενδιαφέρουσες ιδιότητες, όπως η ανοχή στα ελαττώματα που τους επιτρέπει να λειτουργούν ως φωτοδραστικά στρώματα σε ηλιακά κύτταρα με λεπτά υμένη. Σκοπός αυτής της Διατριβής είναι η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός ανόργανων ημιαγωγικών κρυστάλλων Περοβσκίτη με χρήση υγρής σύνθεσης και τον χαρακτηρισμό των δομικών, οπτικών και ηλεκτρικών τους ιδιοτήτων. Τα ευρήματά μας αποκάλυψαν την ύπαρξη μιας νέας σειράς τετρακύριων περοβσκιτών στο σύστημα Α-Μ-Μ’-Χ (όπου το Α είναι ένα αλκαλικό μέταλλο, το Μ είναι μέταλλο ομάδας 10, το Μ’ είναι μέταλλο ομάδας 11 και το Ξ είναι ένα αλογονο), με τα παρατηρούμενα ενώσεις να παρουσιάζουν κοντινά χαρακτηριστικά με εκείνα των τυπικών περοβσκιτών όπως το CsPbBr3. Η συνδυασμένη χρήση μετάλλων ομάδας 10/11 παρέχει ένα εύφορο έδαφος για τον εντοπισμό νέων τύπων δομών που χωρίζονται σε αρκετές οικογένειες των ενώσεων με ρυθμιζόμενη σύνθεση και ιδιότητες. Ανάμεσα στις νέες ενώσεις που συνθέσαμε, προέκυψε μια άγνωστη μέχρι τότε δομή περοβσκίτη στη μορφή του τετραπλού περοβσκίτη με ταξινομημένο κενό Cs4Au2Pd□X12 (□ υποδηλώνει ένα ταξινομημένο κενό) που κρυσταλλώνει σε έναν κυβικό χώρο 4Χ4Χ4 με κεντρό συμμετρικά. Η κρυσταλλική δομή για όλες τις ενώσεις καθορίστηκε μέσω μονοκρυσταλλικής διάχυσης ακτίνων Χ, οπού απαιτείτο, συμπληρώθηκε με στοιχειακές αναλύσεις και φασματοσκοπίας ευαίσθητης στον αριθμό οξειδώσεων. Τα υλικά χαρακτηρίστηκαν επιπλέον θερμοχημικά για την εγκαθίδρυση της θερμικής σταθερότητας τους.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Perovskite, Noble metals, Single-crystal X-ray diffraction, Περοβσκίτης, Ευγενή μέταλλα, Μονοκρυσταλλική περίθλαση ακτίνων Χ