Behandling af solcellematerialer afslører dannelse af uventede mikrostrukturer

Nylige fremskridt inden for solcelleteknologi bruger polykrystallinske perovskitfilm som det aktive lag, med en effektivitetsforøgelse på hele 24,2%. Hybride organisk-uorganiske perovskitter er særligt vellykkede, og de er blevet brugt i optoelektroniske enheder, herunder solceller, fotodetektorer, lysemitterende dioder og lasere.

Men overfladen af ​​hybrid perovskitter er tilbøjelig til overfladefejl, eller overfladefælder, hvor ladningsbærere er fanget i det halvledende materiale. For at løse dette problem og reducere antallet af fælder, krystaloverfladen skal passiveres.

Før brug, perovskitter kan behandles med kemiske opløsninger, dampe og atmosfæriske gasser for at fjerne defekter, der gør materialet mindre effektivt. Benzylamin er et særligt vellykket molekyle til dette formål. En detaljeret forståelse af de fysiske og kemiske mekanismer, hvormed disse behandlinger virker, er nøglen til at øge indsamlingen af ​​ladningsbærere i solceller.

I deres artikel i denne uges Anvendt fysik anmeldelser , forfatterne beskriver deres arbejde med at teste hybrid organiske-uorganiske perovskitkrystaller behandlet med benzylamin for at undersøge de mekanismer, hvormed krystallets overflade passiveres, og fældetilstande reduceres.

"Dette molekyle er blevet brugt i polykrystallinske felter i solceller, og mennesker har demonstreret, at solcellerne blev forbedret, "sagde forfatteren Maria A. Loi." Vi ville studere, i et rent system, hvorfor solcellerne forbedrede sig og forstår, hvorfor tilføjelse af dette molekyle gør enhederne bedre. "

Eksperimenterne afslørede, at benzylamin trænger ind i krystaloverfladen for at skabe en ny, todimensionalt materiale-2-D perovskit-på overfladen af ​​den tredimensionelle krystal. Hvor 2-D-versionen dannes og senere bryder væk fra overfladen, opstår et terrasseret ætsemønster.

"Hovedformålet var at passivere overfladen for at reducere defekttilstande, "Sagde Loi." Til vores overraskelse, vi fandt ud af, at overfladen var ændret, hvilket ikke var en forventet mekanisme. Folk rapporterer, at dette molekyle kan forbedre kvaliteten af ​​enheder, men ingen har rapporteret det, i virkeligheden, det skabte et todimensionalt lag og kunne også omstrukturere materialet. "

Forfatterne opdagede også, at kombinationen af ​​benzylamin og atmosfæriske gasser er mest effektiv til passivering. Det kan betyde, Loi sagde, at der findes mere end én type fældetilstand. Yderligere undersøgelse af flere typer fældetilstande kunne muliggøre præcis afstemning af mekanismerne, der er involveret i at forberede krystaller til effektive optoelektroniske enheder.