Теперь команда исследователей из Массачусетского технологического института и других организаций заявляет, что они значительно продвинулись в понимании процесса улучшения характеристик перовскитов, модифицировав материал с помощью интенсивного света. О новых результатах сообщается в журнале Nature Communications, в статье Сэмюэля Странкса, исследователя из Массачусетского технологического института; Владимир Булович, Фариборз Масих (1990), профессор новых технологий и заместитель декана по инновациям; и восемь коллег из других учреждений в США и Великобритании.Эта работа является частью крупных исследований перовскитных материалов, проводимых Странксом в лаборатории органической и наноструктурированной электроники Массачусетского технологического института.
Крошечные дефекты в кристаллической структуре перовскита могут препятствовать преобразованию света в электричество в солнечном элементе, но «мы обнаруживаем, что есть некоторые дефекты, которые можно залечить под действием света», — говорит Стрэнкс, который является научным сотрудником Марии Кюри. в Массачусетском технологическом институте и Кембриджском университете в Великобритании. Крошечные дефекты, называемые ловушками, могут заставить электроны рекомбинировать с атомами до того, как электроны достигнут места в кристалле, где их движение может быть использовано.При интенсивном освещении исследователи обнаружили, что ионы йодида — атомы, лишенные электрона, поэтому они несут электрический заряд — мигрировали из освещенной области и в процессе, по-видимому, смели вместе с собой большинство дефектов в этой области.
«Это первый раз, когда это было показано, — говорит Странкс, — где прямо при освещении, где не было приложено [электрическое или магнитное] поле, мы видим миграцию ионов, которая помогает очистить пленку. Это снижает плотность дефектов. . " Хотя этот эффект наблюдался и раньше, эта работа является первой, показывающей, что улучшение было вызвано движением ионов в результате освещения.Эта работа сосредоточена на конкретных типах материалов, известных как органо-неорганические перовскиты на основе галогенидов металлов, которые считаются перспективными для применения, включая солнечные элементы, светодиоды (светодиоды), лазеры и детекторы света. Они выделяются свойством, называемым квантовой эффективностью фотолюминесценции, которое является ключом к максимальному увеличению эффективности солнечных элементов.
Но на практике характеристики разных партий этих материалов или даже разных пятен на одной и той же пленке сильно различаются и непредсказуемы. Новая работа была направлена на выяснение причин этих несоответствий и способов их уменьшения или устранения.Стрэнкс объясняет, что «конечной целью является создание бездефектных пленок», и полученные в результате улучшения эффективности также могут быть полезны для применений в области излучения света, а также захвата света.
Предыдущие работы по уменьшению дефектов в тонкопленочных перовскитных материалах были сосредоточены на электрической или химической обработке, но «мы обнаружили, что можем сделать то же самое со светом», — говорит Странкс. Одним из преимуществ этого является то, что тот же метод, который используется для улучшения свойств материала, можно одновременно использовать в качестве чувствительного зонда для наблюдения и лучшего понимания поведения этих многообещающих материалов.Еще одно преимущество этой световой обработки заключается в том, что она не требует физического контакта с обрабатываемой пленкой — например, нет необходимости подключать электрические контакты или погружать материал в химический раствор. Вместо этого лечение можно просто применить, включив источник освещения.
По словам Стрэнкса, этот процесс, который они называют фотоиндуцированной очисткой, мог бы стать «шагом вперед» для разработки полезных устройств на основе перовскита.По словам Стрэнкса, эффекты освещения имеют тенденцию уменьшаться со временем, поэтому «сейчас задача состоит в том, чтобы поддерживать эффект» достаточно долго, чтобы сделать его практичным. Некоторые формы перовскитов уже «планируют коммерциализировать к следующему году», — говорит он, и это исследование «поднимает вопросы, которые необходимо решить, но оно также показывает, что существуют способы устранения» явлений, которые ограничивают эффективность этого материала. .