Células solares eficientes sin plomo basadas en perovskitas huecas

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Energía renovable
• Física del estado sólido

Sus antecedentes:

• Las perovskitas a base de estaño son alternativas prometedoras de baja toxicidad a las perovskitas a base de plomo para las células solares.
• Las actuales células solares de perovskita a base de estaño tienen una baja eficiencia y una baja estabilidad del aire.

Objetivo del estudio:

• Mejorar el rendimiento y la estabilidad de las células solares de perovskita a base de estaño sin plomo.
• Investigar el efecto de la incorporación de etilenodiamonio (en) en las estructuras de perovskita de ioduro de estaño de metilamonio (MASnI3).

Principales métodos:

• Fabricación de células solares de perovskita a base de estaño utilizando como absorbentes el diammonio de etileno y el yoduro de estaño de metilamonio (MASnI3).
• Análisis de la morfología de la película, la estructura cristalina y las propiedades optoelectrónicas.
• Caracterización del rendimiento del dispositivo, incluida la eficiencia, el voltaje de circuito abierto, la densidad de corriente de cortocircuito y el factor de llenado.
• Evaluación de la estabilidad del aire en comparación con los dispositivos MASnI3 tradicionales.

Principales resultados:

• La incorporación de "en" en la celosía MASnI3 mejoró la morfología de la película y creó vacantes de SnI2.
• Esto resultó en una mayor brecha de banda, aumento del volumen de células unitarias, reducción de la densidad del estado de trampa y prolongación de la vida útil del portador.
• La célula solar MASnI3 de mejor rendimiento logró un 6,63% de eficiencia con un mejor voltaje de circuito abierto, densidad de corriente de cortocircuito y factor de llenado.
• Los dispositivos MASnI3 demostraron una estabilidad al aire significativamente mejorada en comparación con los dispositivos MASnI3 limpios.
• Se observaron mejoras de rendimiento similares en las células solares de yoduro de cesio y estaño con carga "en".

Conclusiones:

• La incorporación de etilenodiamonio es una estrategia viable para mejorar el rendimiento y la estabilidad de las células solares de perovskita a base de estaño.
• La formación de vacíos de SnI2 y los cambios resultantes en las propiedades del material son clave para mejorar las características del dispositivo.
• Este enfoque muestra una amplia aplicabilidad para mejorar las células solares de perovskita a base de estaño y, potencialmente, otros sistemas de perovskita.