Enfoque universal hacia la célula solar de perovskita sin histeresis a través de la ingeniería de defectos

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Las instalaciones fotovoltaicas
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• Las perovskitas halogenadas orgánicas-inorgánicas ofrecen una alta eficiencia de conversión de energía (PCE) para las células solares, superior al 22%.
• La histeresis de la densidad-tensión de corriente (J-V) en las células solares de perovskita dificulta la estabilidad de la PCE y el rendimiento confiable.
• El origen preciso de la histeresis J-V sigue siendo objeto de debate, y faltan soluciones efectivas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un enfoque universal para las células solares de perovskita sin histeresis.
• Investigar el papel de la ingeniería de defectos en la mitigación de la histeresis J-V.
• Para identificar el ion de metal alcalino óptimo para la supresión de la histeresis.

Principales métodos:

• Dopaje de composiciones puras y mixtas de perovskita (por ejemplo, CH3NH3PbI3, FA0.85MA0.15PbI2.55Br0.45) con varios yoduros de metales alcalinos (LiI, NaI, KI, RbI, CsI).
• Caracterización de las células solares de perovskita utilizando mediciones J-V para evaluar la histeresis.
• Análisis de la capacidad de baja frecuencia y la densidad de la trampa a granel para correlacionar con la histéresis.
• Estudios teóricos para elucidar el origen atómico de la histeresis y el mecanismo de intervención de iones de potasio.

Principales resultados:

• El dopaje con yoduro de potasio (KI) reduce o elimina significativamente la histeresis J-V en varias composiciones de perovskita.
• El dopaje de KI conduce a una reducción de la capacidad de baja frecuencia y la densidad de la trampa a granel, lo que indica una correlación entre la trampa e histeresis.
• Los cálculos teóricos sugieren que los iones de potasio previenen la formación del defecto de ioduro de Frenkel, el origen propuesto de la histeresis.
• El efecto sin histeresis es más pronunciado en sistemas mixtos de perovskita debido a la menor energía de formación intersticial de K+.

Conclusiones:

• La ingeniería de defectos a través del dopaje de KI proporciona un método universal para lograr células solares de perovskita sin histeresis.
• Los iones de potasio se identifican como el elemento clave para suprimir la histeresis mediante la estabilización de la red de perovskita.
• Este enfoque es aplicable a diferentes composiciones de perovskita y estructuras de dispositivos, lo que permite células solares estables de alto rendimiento.