Vapor fix løfter perovskite krystal ydeevne

En enkel og ikke-invasiv behandling kunne blive en førsteklasses post-krystalliseringsproces for at optimere de optoelektroniske egenskaber af hybrid perovskit solcellematerialer.

I denne behandling udtænkt af KAUST, bromdampe trænger ind i overfladen af ​​syntetiserede perovskitkrystaller for at nå deres dybtliggende lag, fjernelse af overflade- og bulkdefekter genereret under krystalvækst.

Blyholdige hybridperovskitter, såsom methylammoniumblytribromid (MAPbBr3), præsentere unikke ladningstransportegenskaber og let bearbejdelighed i opløsning. Disse gør dem attraktive som potentielle billige alternativer til traditionelle siliciumbaserede lys-høstende solcellematerialer. Imidlertid, tilgange, der bruger opløsningsbehandling til at krystallisere dem, har en tendens til at efterlade forurenende stoffer, såsom oxygen og amorft kulstof. Disse tilgange producerer også ledige halogenider, der skaber blykationer, som kan fange elektroner for at danne metallisk bly og begrænse ladningstransport.

Forskellige kemiske behandlinger kan reducere disse defekter, men de fleste pille ved sammensætningen af ​​precursoropløsningen for at optimere tyndfilm og krystaldannelse. Imidlertid, forskerne fra KAUST Solar Center søgte noget enklere.

"Vi var interesserede i at udvikle en let opskrift, der kunne anvendes, når krystaldannelsen var fuldført, " siger Ahmad Kirmani, nu postdoc ved National Renewable Energy Laboratory, OS., som udførte undersøgelsen under opsyn af Aram Amassian og Omar Mohammed.

Medforfatter Ahmed Mansour, nu postdoc ved Helmholtz-Zentrum Berlin, Tyskland, beskriver, hvordan forskerne valgte en bromdampbehandling, fordi de tidligere havde observeret den forbedrede ledningsevne af grafen, når de blev udsat for brom. "Brom er en flygtig væske ved stuetemperatur og fordamper let uden behov for nogen ekstern energikilde, "Siger Mansour.

Forskerne suspenderede MAPbBr ₃ krystaller i et brom-damp-mættet miljø og overvågede virkningerne af brom eksponering på materialeegenskaber.

De var glædeligt overrasket over at opdage, at bromdampe undertrykte metallisk bly på overfladen såvel som i hovedparten af ​​krystallerne, siger Mohammed. "Det betød, at vi kunne få adgang til bulkegenskaberne af disse krystaller, såsom deres elektriske ledningsevne, "tilføjer han. Langvarig bromeksponering gav en dramatisk 10, 000-fold forbedring i bulk elektrisk ledningsevne og en 50-fold stigning i transportørmobilitet. Yderligere vurdering afslørede, at perovskitkrystallisation efterlader hulrum og ufuldkommenheder, som tillader brom at diffundere og trænge gennem krystallerne.

Hvert af de tidligere teammedlemmer undersøger i øjeblikket flere ansøgninger om deres behandling, såsom til at forbedre effektkonverteringseffektiviteten af ​​solceller, der indeholder perovskit tynde film som absorbere eller til enkrystal enheder - såsom transistorer, fotodetektorer og strålingsdetektorer - der kræver fremragende bærermobilitet og iboende optoelektroniske egenskaber.