Carbazol amonio dipolar para la distribución ampliada del campo eléctrico en las células solares de perovskita de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Las instalaciones fotovoltaicas
• Química

Sus antecedentes:

• Las células solares de perovskita (PSC) son prometedoras, pero requieren una mayor estabilidad y rendimiento.
• Se sabe que las sales de amonio pasivan las superficies de perovskita, afectando la estructura electrónica y las características del dispositivo.
• Comprender la relación estructura-propiedad molecular, particularmente el efecto dipolo, es crucial para optimizar las estrategias de pasivación.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto de la estructura molecular en la pasivación de las sales de amonio en las PSC.
• Para explorar el papel de los momentos dipolo en la mejora de las propiedades de la película de perovskita.
• Desarrollar un nuevo agente de pasivación para mejorar la eficiencia y la estabilidad de la PSC.

Principales métodos:

• Síntesis y aplicación de sales de amonio a base de carbazol, incluido un derivado halogenado (2-clorocarbazol-9-etilamonio yoduro, CzCl-EAI).
• Caracterización de las películas de perovskita tratadas con CzCl-EAI, centrándose en las propiedades superficiales y el ancho de la región de agotamiento.
• Fabricación y ensayo de PSC invertidos mediante estrategias de pasivación mixta.
• Evaluación del rendimiento del dispositivo (eficiencia de conversión de potencia) y estabilidad en diversas condiciones de tensión (luz, humedad, temperatura).

Principales resultados:

• El CzCl-EAI, con su estructura rígida y conjugada, proporciona una pasivación química efectiva y mejora la estabilidad ambiental.
• La halogenación de la sal de amonio aumentó el momento dipolo molecular, lo que condujo a una región de agotamiento tres veces más amplia en las películas de perovskita.
• Las PSC invertidas con pasivación mixta alcanzaron una eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 25,16% (certificada del 24,35%).
• Los dispositivos no encapsulados demostraron una excelente estabilidad, conservando más del 91% de la PCE inicial después de 1100 horas en condiciones ISOS-D-2 y el 80% después de 500 horas de iluminación continua en el aire ambiente.

Conclusiones:

• Las nuevas sales de amonio halogenado, como CzCl-EAI, pueden mejorar significativamente el rendimiento y la estabilidad de PSC a través del diseño molecular.
• El efecto dipolo del agente de pasivación juega un papel crítico en la ampliación de la región de agotamiento y la mejora de la extracción de carga.
• La estrategia de pasivación desarrollada ofrece una vía prometedora hacia celdas solares de perovskita altamente eficientes y duraderas.