O novo tratamento com vapor de bromo aumenta as propriedades de transporte dos cristais MAPbBr3. Neste tratamento, os pesquisadores suspenderam os cristais acima em um recipiente selado contendo bromo líquido mantido em temperatura ambiente. Crédito:reproduzido sob uma licença Creative Commons da referência um, 2020 Kirmani et al.
Um tratamento simples e não invasivo poderia se tornar o principal processo de pós-cristalização para otimizar as propriedades optoeletrônicas de materiais de células solares de perovskita híbrida.
Neste tratamento desenvolvido por KAUST, os vapores de bromo penetram na superfície dos cristais de perovskita sintetizados para atingir suas camadas profundas, remoção de defeitos superficiais e volumosos gerados durante o crescimento do cristal.
Perovskitas híbridas contendo chumbo, como tribrometo de chumbo de metilamônio (MAPbBr3), apresentam propriedades exclusivas de transporte de carga e fácil processabilidade em solução. Isso os torna atraentes como alternativas potenciais de baixo custo aos materiais tradicionais de células solares de coleta de luz à base de silício. Contudo, abordagens que usam processamento de solução para cristalizá-los tendem a deixar contaminantes, como oxigênio e carbono amorfo. Essas abordagens também produzem vacâncias de haleto que criam cátions de chumbo, que pode prender elétrons para formar chumbo metálico e restringir o transporte de carga.
Vários tratamentos químicos podem reduzir esses defeitos, mas a maioria altera a composição da solução precursora para otimizar a formação de filme fino e cristal. Contudo, os pesquisadores do KAUST Solar Center buscaram algo mais simples.
"Estávamos interessados em desenvolver uma receita fácil que pudesse ser aplicada assim que a formação do cristal estivesse completa, "diz Ahmad Kirmani, agora um pós-doutorado no Laboratório Nacional de Energia Renovável, NÓS., que conduziu o estudo sob a supervisão de Aram Amassian e Omar Mohammed.
Co-autor Ahmed Mansour, agora um pós-doutorado na Helmholtz-Zentrum Berlin, Alemanha, descreve como os pesquisadores escolheram um tratamento com vapor de bromo porque haviam observado anteriormente a melhoria da condutividade do grafeno quando exposto ao bromo. "O bromo é um líquido volátil em temperatura ambiente e evapora rapidamente, sem a necessidade de qualquer fonte externa de energia, "Diz Mansour.
Os pesquisadores suspenderam MAPbBr 3 cristais em um ambiente saturado com vapor de bromo e monitorou os efeitos da exposição ao bromo nas propriedades do material.
Eles ficaram agradavelmente surpresos ao descobrir que os vapores de bromo suprimiam o chumbo metálico na superfície, bem como na maior parte dos cristais, Mohammed diz. "Isso significa que poderíamos acessar as propriedades em massa desses cristais, como sua condutividade elétrica, ", acrescenta. A exposição prolongada ao bromo produziu um dramático 10, Aumento de 000 vezes na condutividade elétrica em massa e um aumento de 50 vezes na mobilidade do portador. Uma avaliação posterior revelou que a cristalização da perovskita deixa espaços vazios e imperfeições, que permite ao bromo se difundir e permear através dos cristais.
Cada um dos ex-membros da equipe está explorando mais aplicações para seu tratamento, como para melhorar a eficiência de conversão de energia de células solares contendo películas finas de perovskita como absorvedores ou para dispositivos de cristal único, como transistores, fotodetectores e detectores de radiação - que requerem excelente mobilidade de portadores e propriedades optoeletrônicas intrínsecas.
