Los crecientes problemas climáticos requieren mejores soluciones en cuanto a dispositivos de captación de energía renovable. Para superar el récord histórico, los investigadores revelan que la celda de perovskita de la capa de transporte orgánica de KAUST tiene una eficiencia del 21.5 %.
La Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) , en Arabia Saudita, ha inventado una célula solar de perovskita basada en una capa orgánica de transporte de electrones (ETL) . Además, para el anclaje del grupo, los investigadores han utilizado una monocapa autoensamblada (SAM) con ácido fosfónico.
La celda alcanzó una eficiencia de conversión de energía de aproximadamente el 21.5 % al ser probada bajo condiciones de iluminación estándar. Según el equipo de investigación, esta es la mayor eficiencia jamás registrada para una celda solar de perovskita, y más aún para una que utiliza una capa orgánica de transporte de electrones.
El dispositivo alcanza un voltaje de circuito abierto de 1.13 V y una densidad de corriente de cortocircuito de 24.7 mA cm 2 . Por último, tiene un factor de llenado de aproximadamente el 77 %.
El análisis termogravimétrico (TGA) realizado en estas moléculas modificadas reveló que son térmicamente estables sin una pérdida de peso significativa . Entre 356 °C y 268 °C, la pérdida de peso promedio fue de tan solo un 5 %.
Stefaan De Wolf , autor principal de la investigación , dijo: "Todas las monocapas autoensambladas fueron diseñadas para recolectar huecos, lo que funciona bien para las células solares de perovskita en la arquitectura de polaridad pin".
Aquí, probamos una gama de SAM selectivos de electrones, diseñados y sintetizados por la Universidad Tecnológica de Kaunas, y descubrimos que funcionan bien en células solares de perovskita con polaridad pin. En esencia, el concepto de decoración de óxido metálico con SAM para ajustar la selectividad de carga ha demostrado su eficacia en ambas polaridades. En general, esto presenta importantes ventajas, como por ejemplo la procesabilidad de los contactos a baja temperatura.
Preparación de la célula solar de perovskita con una eficiencia del 21.5 % por KAUST
- Los científicos utilizan semiconductores no fulerenos compuestos de antraquinona (AQ) y naftalenodiimida (NDI).
- Las 2 versiones moleculares modificadas utilizadas fueron PAAQ y PANDI.
- Según ellos, esta molécula permitió la unión covalente con las superficies de óxido de indio y estaño (ITO) dentro de la célula. Esto, a su vez, condujo a su coincidencia energética con la perovskita.
- La celda está construida con ITO y vidrio. sustrato.
- También incluyen SAM con selección de electrones, una capa de transporte de huecos (HTL) basada en Spiro-OMeTAD y un absorbedor de perovskita. Además, un metal de plata entra en contacto con una capa de óxido de molibdeno (MoOx).
Los investigadores afirmaron: "Los resultados de transmitancia UV-Vis de la funcionalización SAM en la superficie de ITO muestran pérdidas ópticas insignificantes en comparación con las películas de ITO sin recubrimiento y las películas de ITO/SnO2".
“En particular, las monocapas autoensambladas (SAM) basadas en PANDI demuestran una mayor homogeneidad superficial en la superficie de ITO que las SAM de PAAQ. Descubrimos que la creciente homogeneidad superficial en el ITO/PANDI puede suprimir eficazmente la recombinación interfacial no radiativa mediante la pasivación por efecto de campo, como lo indican los tiempos de vida de los portadores de carga más prolongados y los valores QFLS más altos”, añadieron.
Los investigadores explicaron además: “También probamos la estabilidad operativa de nuestros dispositivos basados en SAM a 65 °C con una retención de más del 90 % de su rendimiento inicial durante 1000 h”.
Consideran que las monocapas autoensambladas de PANDI son las candidatas más adecuadas para las células solares de perovskita con estructuras pin. Esto se debe a su facilidad de aplicación sobre sustratos flexibles.
“El dispositivo basado en PANDI también mostró una estabilidad térmica operativa a largo plazo mejorada, lo que confirma que la monocapa autoensamblada de PANDI tiene un futuro potencial para ser utilizada como material de capa de transporte de electrones (ETL)”, concluyeron los investigadores.
