Reducción del desorden energético en las células solares de perovskita mediante quelación

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Energía renovable
• Las instalaciones fotovoltaicas

Sus antecedentes:

• Los derivados de fullereno como el PCBM son materiales de transporte de electrones comunes en las células solares de perovskita (PSC).
• Las limitaciones de PCBM incluyen trastornos de alta energía, pasivación inadecuada, agregación y morfología inestable, lo que dificulta la eficiencia y la vida útil de PSC.
• El desarrollo de capas avanzadas de transporte de electrones es crucial para las PSC de alto rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Diseñar e investigar nuevas diadas de fullereno como capas de transporte de electrones (ETL) para las PSC invertidas.
• Sustituir el PCBM por díados de fullereno (FP-Cn) para superar sus limitaciones inherentes.
• Evaluar el impacto de la estructura FP-Cn en el ordenamiento molecular, el desorden energético, la morfología y el rendimiento del dispositivo.

Principales métodos:

• Síntesis de una serie de díadas de fullereno FP-Cn (n=4, 8, 12) con diferentes longitudes de las cadenas alquilo.
• Caracterización del ordenamiento molecular, la adhesión superficial y el desorden energético de las ETL.
• Fabricación y pruebas de rendimiento de PSC invertidos utilizando FP-Cn y PCBM como ETL con diferentes composiciones de perovskita.
• Evaluación de la estabilidad del dispositivo bajo tensión de funcionamiento (humedad, calor, funcionamiento a largo plazo).

Principales resultados:

• FP-C8 demostró un ordenamiento molecular superior y adhesión a la superficie de perovskita en comparación con otras díadas y PCBM.
• Los dispositivos basados en FP-C8 lograron mayores eficiencias de conversión de potencia (PCE): 21.69% (Cs0.05FA0.90MA0.05PbI2.85Br0.15) y un campeón del 23.08% (FAPbI3).
• Los ETL de FP-C8 condujeron a una mejor extracción de electrones, transporte y recombinación de carga reducida.
• Los dispositivos FP-C8 mostraron una mayor humedad y estabilidad térmica, manteniendo una eficiencia del 96% después de 1200 horas, superando significativamente al PCBM (60% después de 670 horas).

Conclusiones:

• Las díadas de fullereno, en particular la FP-C8, ofrecen una alternativa prometedora a la PCBM para las capas de transporte de electrones en las PSC invertidas.
• El diseño equilibrado de FP-C8 optimiza las interacciones moleculares, reduce el desorden energético y mejora la estabilidad morfológica.
• Las PSC basadas en FP-C8 logran eficiencias récord y demuestran una estabilidad operativa superior, allanando el camino para la comercialización.