Células solares bidimensionales de Dion-Jacobson basadas en tiofeno con una eficiencia superior al 15%

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las perovskitas bidimensionales (2D) ofrecen propiedades ajustables y una mejor estabilidad que las contrapartes 3D para aplicaciones fotovoltaicas.
• El desarrollo de espaciadores orgánicos eficaces es crucial para mejorar el rendimiento y la durabilidad de las células solares de perovskita 2D.
• Los espaciadores aromáticos son particularmente prometedores para mejorar las características estructurales y electrónicas de las perovskitas 2D.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y aplicar un nuevo espaciador de dication voluminosos a base de tiofeno, el 2,5-tiofenodimetilamonio (ThDMA), en las células solares de Dion-Jacobson (DJ).
• Investigar el impacto del ThDMA en las propiedades estructurales, fotofísicas y de estabilidad de las películas de perovskita 2D.
• Para lograr eficiencias récord y una mayor estabilidad operativa en las células solares de perovskita 2D DJ.

Principales métodos:

• Se empleó un método de síntesis en un solo paso utilizando un sistema de disolventes mixtos (DMF/DMSO, 9:1) para fabricar películas de perovskita 2D de alta calidad.
• El espaciador ThDMA desarrollado se incorporó a la estructura de perovskita (ThDMA)
• Se caracterizó el rendimiento del dispositivo mediante mediciones de eficiencia y se evaluó la estabilidad en diversas condiciones (atmósfera inerte, absorción de luz, tensión térmica).

Principales resultados:

• Se obtuvieron películas de perovskita 2D de alta calidad con mejor cristalinidad, orientación vertical preferida y vida útil prolongada del portador.
• Las células solares de perovskita 2D optimizadas lograron una eficiencia de conversión de energía récord del 15,75% para dispositivos basados en espaciadores aromáticos.
• Los dispositivos no encapsulados mantuvieron más del 95% de su eficiencia inicial después de 1655 horas de almacenamiento en N₂.
• Se observó una estabilidad luminosa y térmica significativamente mejorada (80 °C) en comparación con las contrapartes de perovskita 3D.

Conclusiones:

• Los espaciadores aromáticos a base de tiofeno, como el ThDMA, son efectivos para desarrollar células solares de perovskita 2D altamente eficientes y estables.
• El método de fabricación desarrollado y el diseño del material ofrecen un camino prometedor para la próxima generación de fotovoltaicos de perovskita.
• La ingeniería adicional del dispositivo y la exploración de espaciadores aromáticos similares podrían conducir a avances aún mayores en la tecnología de células solares de perovskita.