SCOPUS
SCIE
Enhanced piezoelectric output performance via control of dielectrics in Fe<sup>2+</sup>-incorporated MAPbI<sub>3</sub> perovskite thin films: Flexible piezoelectric generators
저자
Ippili, Swathi ; Jella, Venkatraju ; Kim, Jaegyu ; Hong, Seungbum ; Yoon, Soon-Gil
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
247-256(10쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>We report a high-performance flexible piezoelectric generator (PEG) that was based on organic-inorganic lead halide perovskite materials and is operated by controlling the dielectric constant via the partial substitution of Pb<SUP>2+</SUP> with Fe<SUP>2+</SUP> in MAPbI<SUB>3</SUB>. The partial replacement of Pb<SUP>2+</SUP> with Fe<SUP>2+</SUP> improved both the morphology and crystallinity of MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (0.01 ≤ x ≤ 0.50) films that undergo a tetragonal-cubic phase transition above an incorporated concentration of Fe<SUP>2+</SUP> (x > 0.07). In addition, the phase transition temperatures of MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (0.01 ≤ x ≤ 0.07) films linearly decreased as a function of incorporated concentration, which resulted in a transition temperature for MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (x = 0.07) of ~ 45.5 ± 1.5 °C. The dielectric properties as a function of incorporated concentration at room temperature suggested that MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (x = 0.07) exhibited a dielectric constant of ~107 and a dissipation factor of 0.02 at 100 kHz. The MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (x = 0.07) films exhibited a low leakage current density of ~ 10<SUP>−6</SUP> at a high applied electric field of 40 kV/cm, and the resultant remanent polarization from saturated ferroelectric P-E hysteresis loops was ~ 1.6 µC/cm<SUP>2</SUP>. The MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (x = 0.07) flexible PEG improved output performance by ~ 7.29 V and current density by ~ 0.88 µA/cm<SUP>2</SUP> after poling at 30 kV/cm. This was sufficient to instantly light a commercial light-emitting diode (LED) without a storage device. This approach provides a framework that enhances the output performance of organic-inorganic metal halide perovskite materials-based piezoelectric energy harvesters, which could help pave the road to viable, self-powered, wearable electronics.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> High performance flexible piezoelectric generator using MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (0.01 ≤ x ≤ 0.07) films. </LI> <LI> Phase transition temperature of MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (x = 0.07) is ~ 45.5 ± 1.5 °C. </LI> <LI> MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (x = 0.07) films having a predominate dielectric property. </LI> <LI> MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (x = 0.07) PEG having output voltage of ~ 7.29 V and current density of ~ 0.88 µA/cm<SUP>2</SUP>. </LI> <LI> Instantly lightening of a commercial light-emitting diode (LED) without a storage device. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>The partial replacement of Pb<SUP>2+</SUP> with Fe<SUP>2+</SUP> in MAPbI<SUB>3</SUB> perovskite films showed the significant improvement in dielectric properties as well as piezoelectric output performance at the dopant range of x = 0.07. In particular, high-performance flexible piezoelectric generator was fabricated using MAPb<SUB>1-x</SUB>Fe<SUB>x</SUB>I<SUB>3</SUB> (x = 0.07) perovskite film. The output voltage and current density of PEG were 7.29 V and 0.88 µA/cm<SUP>2</SUP>, respectively.</P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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