Diseño racional de moléculas de base de Lewis para celdas solares de perovskita invertida estables y eficientes

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las células solares de perovskita de halogenuros metálicos (PSC) se enfrentan a desafíos de durabilidad debido a la falta de coordinación de los átomos de plomo en las interfaces y los límites de los granos (GB).
• Las moléculas de base de Lewis pueden pasivar estos sitios de defecto, mejorando la estabilidad del dispositivo.

Objetivo del estudio:

• Identificar moléculas de base de Lewis eficaces para mejorar la durabilidad de las PSC.
• Investigar el papel de las moléculas que contienen fosfina en la pasivación de los defectos y la mejora del rendimiento y la longevidad de la PSC.

Principales métodos:

• Los cálculos de la teoría funcional de densidad (DFT) se emplearon para examinar una biblioteca de moléculas de base de Lewis en busca de sus energías de unión con átomos de plomo poco coordinados.
• Fabricación experimental y ensayo de células solares de perovskita invertida (PSC) tratadas con moléculas de base de Lewis seleccionadas, específicamente 1,3-bis (difenilfosfino) propano (DPPP).
• Prueba de estabilidad a largo plazo de los dispositivos PSC bajo iluminación continua (simulado AM1.5) y estrés térmico (condiciones de circuito abierto a temperaturas elevadas).

Principales resultados:

• Los cálculos de DFT revelaron que las moléculas que contienen fosfina exhiben las energías de unión más fuertes, lo que indica un potencial de pasivación superior.
• Los PSC invertidos tratados con 1,3-bis ((difenilfosfino) propano (DPPP) demostraron una estabilidad notable, manteniendo una eficiencia de conversión de potencia (PCE) por encima de su ~ 23% inicial después de más de 3500 horas de funcionamiento continuo.
• Los dispositivos tratados con DPPP también mostraron una mejora de la PCE después de un almacenamiento prolongado en condiciones de circuito abierto a 85°C durante más de 1500 horas.

Conclusiones:

• Las bases de difosfina de Lewis, como la DPPP, son muy eficaces en la pasivación de las interfaces y los límites de grano en las PSC.
• El tratamiento con DPPP mejora significativamente la estabilidad operativa y la durabilidad a largo plazo de las células solares de perovskita, lo que conduce a eficiencias sostenidas de conversión de alta potencia.
• Los resultados sugieren una estrategia prometedora para desarrollar tecnologías de células solares de perovskita más robustas y comercialmente viables.