Il nuovo trattamento al vapore di bromo migliora le proprietà di trasporto dei cristalli MAPbBr3. In questo trattamento, i ricercatori hanno sospeso i cristalli sopra in un contenitore sigillato contenente bromo liquido mantenuto a temperatura ambiente. Credito:Riprodotto con una licenza Creative Commons da riferimento uno, 2020 Kirmani et al.
Un trattamento semplice e non invasivo potrebbe diventare un primo processo di post-cristallizzazione per ottimizzare le proprietà optoelettroniche dei materiali delle celle solari ibride in perovskite.
In questo trattamento ideato da KAUST, i vapori di bromo penetrano nella superficie dei cristalli di perovskite sintetizzati per raggiungere i loro strati profondi, rimozione dei difetti superficiali e di massa generati durante la crescita dei cristalli.
perovskiti ibride contenenti piombo, come il tribromuro di piombo di metilammonio (MAPbBr3), presentano proprietà uniche di trasporto di carica e facile processabilità in soluzione. Questi li rendono interessanti come potenziali alternative a basso costo ai tradizionali materiali per celle solari a base di silicio che raccolgono la luce. Però, gli approcci che utilizzano l'elaborazione in soluzione per cristallizzarli tendono a lasciare contaminanti, come ossigeno e carbonio amorfo. Questi approcci producono anche posti vacanti di alogenuri che creano cationi di piombo, che può intrappolare gli elettroni per formare piombo metallico e limitare il trasporto di carica.
Vari trattamenti chimici possono ridurre questi difetti, ma la maggior parte armeggiare con la composizione della soluzione precursore per ottimizzare il film sottile e la formazione di cristalli. Però, i ricercatori del KAUST Solar Center hanno cercato qualcosa di più semplice.
"Eravamo interessati a sviluppare una ricetta facile che potesse essere applicata una volta completata la formazione dei cristalli, "dice Ahmad Kirmani, ora postdoc presso il National Renewable Energy Laboratory, NOI., che ha condotto lo studio sotto la supervisione di Aram Amassian e Omar Mohammed.
Il coautore Ahmed Mansour, ora postdoc all'Helmholtz-Zentrum di Berlino, Germania, descrive come i ricercatori hanno scelto un trattamento con vapore di bromo perché avevano precedentemente osservato la migliore conduttività del grafene quando esposto al bromo. "Il bromo è un liquido volatile a temperatura ambiente ed evapora facilmente senza bisogno di alcuna fonte esterna di energia, "dice Mansour.
I ricercatori hanno sospeso MAPbBr 3 cristalli in un ambiente saturo di vapori di bromo e monitorato gli effetti dell'esposizione al bromo sulle proprietà del materiale.
Sono stati piacevolmente sorpresi di scoprire che i vapori di bromo sopprimevano il piombo metallico sulla superficie e nella massa dei cristalli, dice Maometto. "Ciò significava che potevamo accedere alle proprietà di massa di questi cristalli, come la loro conduttività elettrica, " aggiunge. L'esposizione prolungata al bromo ha prodotto un drammatico 10, Miglioramento di 000 volte nella conduttività elettrica di massa e aumento di 50 volte nella mobilità dei portatori. Un'ulteriore valutazione ha rivelato che la cristallizzazione della perovskite lascia vuoti e imperfezioni, che permette al bromo di diffondersi e permeare attraverso i cristalli.
Ciascuno degli ex membri del team sta attualmente esplorando più applicazioni per il loro trattamento, come per migliorare l'efficienza di conversione di potenza di celle solari contenenti film sottili di perovskite come assorbitori o per dispositivi a cristallo singolo, come transistor, fotorivelatori e rivelatori di radiazioni, che richiedono un'eccellente mobilità dei portatori e proprietà optoelettroniche intrinseche.
