Den nya bromångbehandlingen förbättrar transportegenskaperna hos MAPbBr3-kristaller. I denna behandling, forskarna suspenderade kristallerna ovan i en förseglad behållare med flytande brom som hölls vid rumstemperatur. Kredit:Återges under en Creative Commons-licens från referens ett, 2020 Kirmani et al.
En enkel och icke-invasiv behandling kan bli en förstklassig efterkristalliseringsprocess för att optimera de optoelektroniska egenskaperna hos hybridperovskitsolcellsmaterial.
I denna behandling utarbetad av KAUST, bromångor penetrerar ytan av syntetiserade perovskitkristaller för att nå deras djupt liggande lager, tar bort yt- och bulkdefekter som genereras under kristalltillväxt.
Blyhaltiga hybridperovskiter, såsom metylammoniumblytribromid (MAPbBr3), presentera unika laddningstransportegenskaper och enkel processbarhet i lösning. Dessa gör dem attraktiva som potentiella lågkostnadsalternativ till traditionella kiselbaserade ljusskördande solcellsmaterial. Dock, metoder som använder lösningsbearbetning för att kristallisera dem tenderar att lämna föroreningar, såsom syre och amorft kol. Dessa tillvägagångssätt producerar också lediga halider som skapar blykatjoner, som kan fånga elektroner för att bilda metalliskt bly och begränsa laddningstransporten.
Olika kemiska behandlingar kan minska dessa defekter, men de flesta pysslar med sammansättningen av prekursorlösningen för att optimera tunnfilm och kristallbildning. Dock, forskarna från KAUST Solar Center sökte något enklare.
"Vi var intresserade av att utveckla ett enkelt recept som kunde appliceras när kristallbildningen var klar, " säger Ahmad Kirmani, nu postdoc vid National Renewable Energy Laboratory, U.S., som genomförde studien under överinseende av Aram Amassian och Omar Mohammed.
Medförfattare Ahmed Mansour, nu postdoc vid Helmholtz-Zentrum Berlin, Tyskland, beskriver hur forskarna valde en bromångbehandling eftersom de tidigare observerat den förbättrade konduktiviteten hos grafen när de exponerats för brom. "Brom är en flyktig vätska vid rumstemperatur och avdunstar lätt utan behov av någon extern energikälla, säger Mansour.
Forskarna suspenderade MAPbBr 3 kristaller i en brom-ånga-mättad miljö och övervakade effekterna av bromexponering på materialegenskaper.
De blev positivt överraskade när de upptäckte att bromångor dämpade metalliskt bly på ytan såväl som i huvuddelen av kristallerna, säger Mohammed. "Detta innebar att vi kunde komma åt bulkegenskaperna hos dessa kristaller, såsom deras elektriska ledningsförmåga, " tillägger han. Långvarig bromexponering gav dramatiska 10, 000-faldig förbättring av elektrisk ledningsförmåga i bulk och en 50-faldig ökning av bärarrörlighet. Ytterligare bedömning avslöjade att perovskitkristallisation lämnar efter sig tomrum och ofullkomligheter, som tillåter brom att diffundera och tränga igenom kristallerna.
Var och en av de tidigare teammedlemmarna undersöker för närvarande fler ansökningar för sin behandling, t.ex. för att förbättra energiomvandlingseffektiviteten för solceller som innehåller perovskittunna filmer som absorbatorer eller för enkristallenheter - som transistorer, fotodetektorer och strålningsdetektorer - som kräver utmärkt bärarrörlighet och inneboende optoelektroniska egenskaper.
