Adaptación de las estructuras moleculares de pasivación para pérdidas de tensión de circuito abierto extremadamente...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La pasivación de defectos es crucial para suprimir la recombinación de carga en las células solares de perovskita.
• La comprensión de los mecanismos de pasivación de los grupos funcionales es esencial para optimizar el rendimiento del dispositivo.
• Las estrategias de pasivación existentes carecen de claridad sobre cómo los diferentes grupos moleculares interactúan con los defectos de perovskita.

Objetivo del estudio:

• Investigar sistemáticamente los mecanismos de pasivación de varios grupos funcionales en los materiales de perovskita.
• Para aclarar las interacciones entre las moléculas de ingeniería y los defectos de la frontera entre la superficie y el grano de la perovskita.
• Diseñar nuevas moléculas de pasivación para celdas solares de perovskita de alto rendimiento.

Principales métodos:

• Ingeniería sistemática de los grupos funcionales moleculares de pasivación (carboxilo, amina, isopropilo, fenetilo, tert-butilfenetilo).
• Evaluación de las capacidades de pasivación de los materiales de perovskita.
• Análisis de las interacciones entre la perovskita y las moléculas de pasivación.
• Diseño y síntesis de una nueva molécula de pasivación (D-4-tert-butilfenilalanina).

Principales resultados:

• Los grupos carboxilo y amina curan los defectos cargados a través de interacciones electrostáticas.
• Las estructuras aromáticas reducen los defectos relacionados con el yodo neutro.
• Las interacciones moleculares controladas permiten la pasivación del límite del grano, incluso en lo profundo de los sustratos.
• Una nueva molécula, D-4-tert-butilfenilalanina, logró una eficiencia estabilizada del 21,4% en las células solares p-i-n.
• Logró un déficit de voltaje de circuito abierto (V_OC) récord de 0.34 V para una perovskita de brecha de banda de 1.57 eV.

Conclusiones:

• El estudio aclara los mecanismos de pasivación basados en las propiedades del grupo funcional (interacciones electrostáticas y aromáticas).
• El diseño molecular juicioso permite una pasivación efectiva del límite del grano.
• La molécula desarrollada y el entendimiento mecanicista allanan el camino para el diseño avanzado de células solares de perovskita.
• Los hallazgos ofrecen orientación para la creación de nuevas moléculas de pasivación para diversas aplicaciones electrónicas de perovskita.