Las perovskitas "ocultas" Pb/Sn basadas en etilenodiamonio con brecha de banda ideal producen células solares con...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las células solares de perovskita halogenada (PSC) obtienen eficiencias de conversión de energía (PCE) comparables a las células de silicio comerciales.
• Los PSC actuales utilizan absorbentes con espacios de banda no ideales (1,5-1,6 eV), lo que limita la mejora de la PCE.
• La reducción del contenido de plomo (Pb) en las PSC es un objetivo de investigación clave para la sostenibilidad.

Objetivo del estudio:

• Diseñar perovskitas mixtas de Pb/Sn con espacios de banda más estrechos (1.2-1.4 eV) para obtener mayores eficiencias de las células solares de unión única.
• Mejorar la estabilidad química y el rendimiento de los absorbentes de perovskita Pb/Sn mediante la incorporación de dication de etilenodiamonio.
• Investigar las propiedades estructurales y electrónicas de nuevas estructuras de perovskita hueca en 3D.

Principales métodos:

• Síntesis de perovskitas mezcladas Pb/Sn que incorporan la dicción de etilenodiamonio:
• Caracterización estructural utilizando densidad de cristal, difracción de rayos X de un solo cristal y espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN).
• Fabricación y pruebas de rendimiento de las células solares utilizando los absorbentes de perovskita desarrollados, incluida la optimización de la capa superior de MABr.

Principales resultados:

• Se han demostrado perovskitas con bandas ideales que oscilan entre 1,27 y 1,38 eV.
• Formación de una estructura de perovskita inorgánica hueca en 3D inducida por la endicación, lo que lleva a un aumento de las vacantes de Pb/Sn y a una mayor estabilidad química.
• Reducción de la corriente oscura, menor densidad de trampa portadora y aumento de la vida útil del portador en las películas de perovskita, lo que resulta en una mejora de la eficiencia del ~ 20% y una mayor estabilidad del aire.
• La célula solar optimizada con un absorbente de {5% en}FA$_{0.5}$MA$_{0.5}$Sn$_{0.5}$Pb$_{0.5}$I$_{3}$ logró un PCE del 17,04%.

Conclusiones:

• La incorporación de la indicación crea con éxito estructuras de perovskita mixta huecas y estables en 3D con espacios de banda deseables para las células solares de alto rendimiento.
• Estas nuevas perovskitas ofrecen una vía prometedora para reducir el contenido de plomo y, al mismo tiempo, mejorar la eficiencia y la estabilidad operativa de las células solares de unión única y de unión múltiple.
• Los hallazgos subrayan el potencial de las arquitecturas de perovskita diseñadas para el avance de las tecnologías fotovoltaicas.