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.
O Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST)A Arábia Saudita inventou uma célula solar de perovskita que se baseia em uma camada orgânica de transporte de elétrons (ETL). Além disso, para ancorar o grupo, os pesquisadores usaram monocamada automontada (SAM) com ácido fosfônico.
A célula atingiu uma eficiência de conversão de energia de cerca de 21.5% quando testado sob condições de iluminação padrão. De acordo com a equipe de pesquisa, esta é a maior eficiência já relatada de uma célula solar de perovskita. Isso também é verdade para uma que depende de uma camada orgânica de transporte de elétrons.
O dispositivo atinge uma tensão de circuito aberto de 1.13V e densidade de corrente de curto-circuito de 24.7 mA cm2. Por fim, tem um fator de preenchimento de cerca de 77%.
A análise termogravimétrica (TGA) realizada nessas moléculas modificadas revelou que elas são termicamente estável sem muita perda de peso. Entre 356° C e 268° C, a perda média de peso foi de apenas 5%.
Stefan De Wolf, autor principal de a pesquisa, disse, “Todas as monocamadas automontadas foram projetadas para coletar buracos, o que funciona bem para células solares de perovskita na arquitetura de polaridade de pino.”
“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 declararam: “Os resultados de transmitância UV-vis da funcionalização de SAM na superfície de ITO mostram perdas ópticas insignificantes em comparação com filmes de ITO e ITO/SnO2 nus.”
“Em particular, os SAMs baseados em PANDI demonstram uma maior homogeneidade de superfície na superfície do ITO do que os SAMs do PAAQ. Descobrimos que a crescente homogeneidade de superfície no ITO/PANDI pode efetivamente suprimir a recombinação interfacial não radiativa por meio da passivação do efeito de campo, conforme indicado por maiores tempos de vida do portador de carga e maiores valores de QFLS,” eles acrescentaram ainda.
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 estão considerando os PANDI SAMs como os candidatos futuros mais adequados de células solares de perovskita com estruturas de pinos. Isso ocorre porque é fácil aplicá-las em substratos flexíveis.
“O dispositivo baseado em PANDI também mostrou estabilidade térmica operacional de longo prazo melhorada, confirmando que o PANDI SAM tem um futuro potencial para ser utilizado como materiais ETL,” concluíram os pesquisadores.
