A solvent-based surface cleaning and passivation technique for suppressing ionic defects in high-mobility perovskite field-effect transistors

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作者
Xiao‐Jian She,Chen Chen,Giorgio Divitini,Baodan Zhao,Yang Li,Junzhan Wang,Jordi Ferrer Orri,Lin‐Song Cui,Weidong Xu,Jun Peng,Shuo Wang,Aditya Sadhanala,Henning Sirringhaus
出处
期刊:Nature electronics [Springer Nature]
卷期号:3 (11): 694-703 被引量:107
标识
DOI:10.1038/s41928-020-00486-5
摘要

Organometal halide perovskite semiconductors could potentially be used to create field-effect transistors (FETs) with high carrier mobilities. However, the performance of these transistors is currently limited by the migration of ionic surface defects. Here, we show that a surface cleaning and passivation technique, which is based on a sequence of three solution-based steps, can reduce the concentration of ionic surface defects in halide-based perovskites without perturbing the crystal lattice. The approach consists of an initial cleaning step using a polar/nonpolar solvent, a healing step to remove surface organic halide vacancies and a second cleaning step. The surface treatment is shown to restore clean, near hysteresis-free transistor operation, even if the perovskite films are formed under non-optimized conditions, and can improve room-temperature FET mobility by two to three orders of magnitude compared to untreated films. Our methylammonium lead iodide (MAPbI3) FETs exhibit high n- and p-type mobilities of 3.0 cm2 V−1 s−1 and 1.8 cm2 V−1 s−1, respectively, at 300 K, and higher values (9.2 cm2 V−1 s−1; n-type) at 80 K. We also show that the approach can be used to transform PbI2 single crystals into high-quality, two-dimensional perovskite single crystals. A three-stage solution-based cleaning technique can increase the room-temperature mobility and reduce the hysteresis of organometal halide perovskite transistors by decreasing the surface defects in the perovskite films.
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