Un grupo de científicos estadounidense y canadiense ha utilizado moléculas de base de Lewis para mejorar la pasivación de la superficie de una célula solar de perovskita.El equipo produjo un dispositivo con un alto voltaje de circuito abierto y niveles de estabilidad notables.
Un equipo de investigación estadounidense-canadiense ha fabricado una perovskita invertidacélula solarmediante el uso de moléculas de base de Lewis para la pasivación de superficies.Las bases de Lewis se utilizan generalmente en la investigación solar de perovskita para pasivar defectos superficiales en la capa de perovskita.Esto tiene efectos positivos sobre la alineación del nivel de energía, la cinética de recombinación interfacial, el comportamiento de histéresis y la estabilidad operativa.
"Se espera que la basicidad de Lewis, que es inversamente proporcional a la electronegatividad, determine la energía de enlace y la estabilización de las interfaces y los límites de los granos", dijeron los científicos, señalando que las moléculas demostraron ser muy eficientes en la creación de enlaces fuertes entre las capas celulares en el nivel de interfaz."Una molécula de base de Lewis con dos átomos donadores de electrones puede potencialmente unir y unir interfaces y límites terrestres, ofreciendo el potencial de mejorar la adhesión y fortalecer la dureza mecánica de las células solares de perovskita".
Los científicos utilizaron una molécula de base de Lewis de difosfina conocida como 1,3-bis(difenilfosfino)propano (DPPP) para pasivar una de las perovskitas de haluro más prometedoras, el yoduro de plomo de formamidinio conocido como FAPbI3, para su uso en la capa absorbente de una célula.
Depositaron la capa de perovskita sobre una capa de transporte de orificios (HTL) dopada con DPPP hecha de óxido de níquel (II) (NiOx).Observaron que algunas moléculas de DPPP se redisolvieron y segregaron tanto en la interfaz perovskita/NiOx como en las regiones de la superficie de la perovskita, y que la cristalinidad de la película de perovskita mejoró.Dijeron que este paso mejoró lamecánicoDureza de la interfaz perovskita/NiOx.
Los investigadores construyeron la célula con un sustrato de vidrio y óxido de estaño (FTO), el HTL a base de NiOx, una capa decarbazol sustituido con metilo(Me-4PACz) como capa de transporte de huecos, la capa de perovskita, una capa delgada de yoduro de fenetilamonio (PEAI), una capa de transporte de electrones hecha de buckminsterfullereno (C60), una capa amortiguadora de óxido de estaño (IV) (SnO2) y un contacto metálico hecho de plata (Ag).
El equipo comparó el rendimiento de la célula solar dopada con DPPP con un dispositivo de referencia que no pasó por el tratamiento.La celda dopada logró una eficiencia de conversión de energía del 24,5%, un voltaje de circuito abierto de 1,16 V y un factor de llenado del 82%.El dispositivo sin dopar alcanzó una eficiencia del 22,6%, un voltaje de circuito abierto de 1,11 V y un factor de llenado del 79%.
"La mejora en el factor de llenado y el voltaje de circuito abierto confirmó la reducción en la densidad de defectos en la interfaz frontal NiOx/perovskita después del tratamiento con DPPP", dijeron los científicos.
Los investigadores también construyeron una celda dopada con un área activa de 1,05 cm2 que logró una conversión de energíaeficiencia de hasta el 23,9%y no mostró degradación después de 1.500 h.
"Con DPPP, en condiciones ambientales, es decir, sin calentamiento adicional, la eficiencia general de conversión de energía de la celda se mantuvo alta durante aproximadamente 3.500 horas", dijo el investigador Chongwen Li."Las células solares de perovskita que se han publicado anteriormente en la literatura tienden a experimentar una caída significativa en su eficiencia después de 1.500 a 2.000 horas, por lo que esto es una gran mejora".
El grupo, que recientemente solicitó una patente para la técnica DPPP, presentó la tecnología celular en “Diseño racional de moléculas de base de Lewis paraCélulas solares de perovskita invertida estables y eficientes”, que se publicó recientemente en Science.El equipo incluye académicos de la Universidad de Toronto en Canadá, así como científicos de la Universidad de Toledo, la Universidad de Washington y la Universidad Northwestern en Estados Unidos.
Hora de publicación: 27 de febrero de 2023