Molécula autoensamblada de carbazoles adaptada al enrejado para células solares de perovskita eficientes y estables

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las monocapas autoensambladas (SAM) son cruciales para el transporte interfacial en las células solares de perovskita (PSC).
• Los SAM existentes se enfrentan a desafíos como la agregación y las interacciones débiles de perovskita, lo que limita la eficiencia y la estabilidad del dispositivo.
• La transferencia ineficiente de carga y las pérdidas de energía en la interfaz dificultan el rendimiento del PSC.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos SAM de isómero de carbazol para mejorar el rendimiento de la PSC.
• Para abordar la agregación de SAM y mejorar las interacciones con la capa de perovskita.
• Optimizar las propiedades de la interfaz para una extracción de carga eficiente y la estabilidad del dispositivo.

Principales métodos:

• Desarrollo de SAM de isómero de carbazol con esqueletos moleculares distorsionados utilizando anillos de benceno para evitar la agregación.
• Incorporación estratégica de grupos methoxy en posiciones orto, meta y para para mejorar el anclaje de perovskita y ajustar los momentos dipolo.
• Caracterización de las propiedades SAM, incluido el momento dipolo molecular y la alineación interfacial con la red de perovskita.

Principales resultados:

• El m-PhPACz SAM exhibió un momento dipolo máximo de 2,4 D y una alineación óptima con los iones de red de perovskita.
• Esto facilitó las interacciones SAM-perovskita mejoradas, la extracción eficiente de carga y la estabilidad interfacial mejorada.
• Las células solares de perovskita que utilizan SAM m-PhPACz lograron una eficiencia de conversión de energía del 26,2%, una mejora del 12,9%.

Conclusiones:

• Los nuevos isómeros de carbazol que coinciden con el esqueleto mitigan efectivamente la agregación y mejoran la transferencia de carga interfacial en las PSC.
• El m-PhPACz SAM demuestra un rendimiento superior debido a la estructura molecular optimizada y el momento dipolo.
• Los SAM desarrollados aumentan significativamente la eficiencia del PSC y proporcionan una excelente estabilidad fototérmica y UV.