Problemas climáticos crescentes precisam de melhores soluções em termos de dispositivos de coleta de energia renovável. Para superar o maior já registrado, os pesquisadores revelam que a célula de perovskita da camada de transporte orgânico da KAUST tem 21.5% de eficiência.
A Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah (KAUST) , na Arábia Saudita, inventou uma célula solar de perovskita baseada em uma camada orgânica de transporte de elétrons (ETL) . Além disso, para ancorar o grupo, os pesquisadores utilizaram uma monocamada auto-organizada (SAM) com ácido fosfônico.
A célula atingiu uma eficiência de conversão de energia de cerca de 21.5% quando testada sob condições de iluminação padrão. De acordo com a equipe de pesquisa, essa é a maior eficiência já relatada para uma célula solar de perovskita, especialmente para uma que utiliza uma camada orgânica de transporte de elétrons.
O dispositivo atinge uma tensão de circuito aberto de 1.13 V e uma densidade de corrente de curto-circuito de 24.7 mA cm⁻² . Por fim, possui um fator de preenchimento de cerca de 77%.
A análise termogravimétrica (TGA) realizada nessas moléculas modificadas revelou que elas são termicamente estáveis, sem grande perda de massa . Entre 356 °C e 268 °C, a perda de massa média foi de apenas cerca de 5%.
Stefaan De Wolf , autor principal da pesquisa , disse: "Todas as monocamadas auto-organizadas foram projetadas para coletar lacunas, o que funciona bem para células solares de perovskita na arquitetura de polaridade pin."
“Aqui, testamos uma gama de SAMs seletivos de elétrons projetados e sintetizados pela Universidade de Tecnologia de Kaunas e descobrimos que isso funciona bem em células solares de perovskita de polaridade de pino. Então, essencialmente, o conceito de decoração de SAM de óxido de metal para ajustar a seletividade de carga agora foi comprovado que funciona bem para ambas as polaridades. No geral, isso tem algumas vantagens, como por exemplo, a processabilidade em baixa temperatura dos contatos.”
Preparação da célula solar de perovskita com eficiência de 21.5% pela KAUST
- Cientistas usam semicondutores não fulereno compostos de antraquinona (AQ) e naftalenodiimida (NDI).
- As duas versões moleculares modificadas utilizadas foram PAAQ e PANDI.
- Segundo eles, essa molécula permitiu a ligação covalente com superfícies de óxido de índio e estanho (ITO) dentro da célula. Isso a levou ainda mais a combinar energeticamente com a perovskita.
- A célula é construída com ITO e vidro substrato.
- Eles também incluem SAMs de seleção de elétrons, uma camada de transporte de buracos (HTL) baseada em Spiro-OMeTAD e um absorvedor de perovskita. Além disso, um metal prateado entra em contato com uma camada de óxido de molibdênio (MoOx).
Os pesquisadores afirmaram: "Os resultados de transmitância UV-vis da funcionalização SAM na superfície de ITO mostram perdas ópticas insignificantes em comparação com filmes de ITO puro e ITO/SnO2."
“Em particular, os SAMs baseados em PANDI demonstram uma homogeneidade de superfície maior na superfície de ITO do que os SAMs de PAAQ. Descobrimos que o aumento da homogeneidade da superfície no ITO/PANDI pode suprimir eficazmente a recombinação interfacial não radiativa através da passivação por efeito de campo, como indicado por tempos de vida mais longos dos portadores de carga e valores QFLS mais elevados”, acrescentaram.
Os pesquisadores explicaram ainda: “Também testamos a estabilidade operacional de nossos dispositivos baseados em SAM a 65 C com retenção acima de 90% de seu desempenho inicial por 1000 h.”
Eles consideram os SAMs de PANDI os candidatos mais adequados para futuras células solares de perovskita com estruturas de pinos. Isso se deve à facilidade de aplicação em substratos flexíveis.
“O dispositivo baseado em PANDI também apresentou melhor estabilidade térmica operacional a longo prazo, confirmando que o SAM de PANDI tem potencial para ser utilizado como material ETL no futuro”, concluíram os pesquisadores.
