Integración de la película monocapa MoS2 a escala de obleas para células solares de perovskita estables y eficientes

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Energía renovable
• Física de los semiconductores

Sus antecedentes:

• Las células solares de perovskita (PSC) se enfrentan a desafíos para lograr una alta eficiencia de conversión de energía (PCE) y estabilidad a largo plazo, lo que dificulta su comercialización.
• La migración iónica y la degradación química de la capa de perovskita son las principales causas de inestabilidad en las PSC.
• Las capas de transporte portadoras existentes son susceptibles a la migración de iones de la perovskita, lo que reduce el rendimiento y la vida útil del dispositivo.

Objetivo del estudio:

• Mejorar la estabilidad y la eficiencia de conversión de energía (PCE) de las células solares de perovskita (PSC).
• Investigar el uso de disulfuro de molibdeno (MoS2) de capa continua a escala de obleas como capa amortiguadora en las PSC.
• Comprender los mecanismos por los que el MoS2 mejora la estabilidad de la perovskita y el transporte de carga.

Principales métodos:

• Integración de películas de monocapa continua a escala de obleas en la parte superior e inferior de la capa de perovskita mediante un proceso de transferencia.
• Fabricación de células y módulos solares de perovskita p-i-n planas que utilizan la configuración MoS2/perovskita/MoS2.
• Caracterización del rendimiento del dispositivo, incluidas las mediciones de PCE y las pruebas de estabilidad en condiciones de funcionamiento con calor húmedo y altas temperaturas.

Principales resultados:

• Los amortiguadores de MoS2 bloquean efectivamente la migración de iones y estabilizan químicamente la fase de perovskita a través de la formación de enlaces Pb-S y la alineación de la banda de tipo I.
• Las PSC planas p-i-n (0,074 cm2) alcanzaron PCEs de hasta el 26,2% (certificado el 25,9% en estado de equilibrio).
• Los módulos de PSC basados en MoS2 (9,6 cm2) alcanzaron PCEs del 22,8% con una excelente estabilidad al calor húmedo (< 5% de pérdida de PCE después de 1200 horas) y estabilidad operativa (< 4% de pérdida de PCE después de 1200 horas a 85°C).

Conclusiones:

• Las capas tampón de MoS2 a escala de obleas mejoran significativamente tanto la eficiencia como la estabilidad operativa de las células solares de perovskita.
• La arquitectura MoS2/perovskita/MoS2 ofrece una vía viable para la comercialización de PSC duraderos y de alto rendimiento.
• La fuerte interacción de coordinación y el bloqueo físico por MoS2 son clave para prevenir la migración y degradación de iones, asegurando la fiabilidad del dispositivo a largo plazo.