La regulación del potencial de la superficie maximiza el voltaje en todos los tándems de perovskita

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las células solares de perovskita de banda ancha exhiben un déficit significativo de voltaje de circuito abierto (V_OC) en comparación con sus contrapartes de banda más estrecha.
• Este déficit se atribuye principalmente a la recombinación limitante de V_OC en el contacto de la capa de transporte de electrones, causada por la inhomogeneidad del potencial de superficie y la mala alineación energética.
• Los tratamientos superficiales de monoamonio existentes son insuficientes para resolver estos problemas.

Objetivo del estudio:

• Investigar y mitigar el déficit de tensión de circuito abierto (V_OC) en las células solares de perovskita de banda ancha.
• Mejorar la alineación energética y la uniformidad del potencial superficial en la interfaz de la capa de transporte de perovskita y electrones.
• Mejorar la eficiencia de conversión de energía (PCE) y la estabilidad operativa de las células solares de perovskita y los dispositivos en tándem.

Principales métodos:

• Introducción de moléculas de diammonio, específicamente diammonio 1,3-propano, para modificar los estados de la superficie de la perovskita.
• Modificación de los estados de superficie para lograr una distribución espacial más uniforme del potencial de superficie.
• Fabricación y caracterización de células solares de perovskita de una sola unión y células solares en tándem de toda perovskita monolítica.

Principales resultados:

• El tratamiento con diamonio aumentó la división a nivel cuasi-Fermi en 90 meV.
• Celdas solares de perovskita de 1,79 eV con una certificación de 1,33 V V_OC y más del 19% de PCE.
• Se han desarrollado células solares en tándem monolíticas de toda perovskita con un V_OC récord de 2,19 V (89% del límite de equilibrio detallado) y más del 27% de PCE (26,3% certificado).
• Los dispositivos en tándem retienen más del 86% de la PCE inicial después de 500 horas de funcionamiento.

Conclusiones:

• Las moléculas de diamonio pasivan efectivamente los estados superficiales de la perovskita y mejoran la alineación energética, reduciendo significativamente el déficit de V_OC.
• El tratamiento de superficie desarrollado permite celdas solares de perovskita de banda ancha de alto rendimiento y dispositivos en tándem.
• Este avance representa un paso clave hacia la realización de todo el potencial de la fotovoltaica de perovskita para la conversión eficiente de energía solar.