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蒸气修复可提升钙钛矿晶体的性能

  • 科学
  • 2020-06-19 08:42:31
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一种简单且无创的治疗方法可能会成为主要的后结晶过程,以优化混合钙钛矿太阳能电池材料的光电性能。

在KAUST设计的这种处理方法中,溴蒸气会渗透到刚合成的钙钛矿晶体的表面,到达其深层,从而消除了晶体生长过程中产生的表面和整体缺陷。

含铅的混合钙钛矿,例如三溴化甲基铵铅(MAPbBr3),在溶液中具有独特的电荷传输性能和易加工性。这些使它们作为传统的基于硅的光捕获太阳能电池材料的潜在低成本替代品具有吸引力。但是,使用溶液处理使其结晶的方法往往会留下污染物,例如氧气和无定形碳。这些方法还会产生卤化物空位,从而形成铅阳离子,从而可以捕获电子以形成金属铅并限制电荷传输。

各种化学处理可以减少这些缺陷,但是大多数情况下可以通过修改前体溶液的成分来优化薄膜和晶体的形成。但是,KAUST太阳中心的研究人员寻求更简单的方法。

“我们感兴趣的是开发出一种易于使用的配方,该配方可以在晶体形成完成后立即使用。”现任美国国家可再生能源实验室的博士后Ahmad Kirmani说,他在Aram Amassian和Omar Mohammed的监督下进行了这项研究。

合著者Ahmed Mansour现在是德国柏林Helmholtz-Zentrum的一名博士后,他描述了研究人员如何选择溴蒸气处理,因为他们以前曾观察到当暴露于溴时石墨烯的电导率会提高。曼苏尔说:“溴在室温下是一种挥发性液体,不需要任何外部能源即可蒸发。”

研究人员将MAPbBr3晶体悬浮在溴蒸汽饱和的环境中,并监测溴暴露对材料性能的影响。

穆罕默德说,他们惊讶地发现溴蒸气抑制了表面以及大部分晶体中的金属铅,使他们感到惊讶。他补充说:“这意味着我们可以利用这些晶体的整体性质,例如电导率。”长时间暴露于溴中会使整体电导率显着提高10,000倍,而载流子迁移率则提高50倍。进一步的评估表明,钙钛矿的结晶会留下空隙和缺陷,从而使溴扩散并渗透到晶体中。

每位前团队成员目前都在探索更多的治疗应用,例如提高含有钙钛矿薄膜作为吸收剂或单晶器件(例如晶体管,光电探测器和辐射探测器)的太阳能电池的功率转换效率,优异的载流子迁移率和固有的光电性能。

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