Amidinium versus Ammonium Ligands para la Estabilidad Térmica y el Aumento de la Eficiencia en Células Solares de...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las células solares de perovskita CsPbI3 inorgánicas (PSC) ofrecen un alto potencial, pero se enfrentan a problemas de inestabilidad, particularmente al mantener su fase negra bajo estrés ambiental y térmico.
• La pasivación de defectos superficiales es crucial para mejorar el rendimiento y la estabilidad operativa del PSC.
• La ingeniería de ligandos presenta una estrategia prometedora para abordar la inestabilidad inherente de los materiales de perovskita.

Objetivo del estudio:

• Investigar sistemáticamente el impacto del dihidrocloruro de p-fenilendiamina (PPD·2HCl) y los ligandos de dihidrocloruro de tereftalimidamida (TPID·2HCl) en el rendimiento y la estabilidad de CsPbI3 PSC.
• Aclarar los mecanismos específicos por los que el TPID·2HCl mejora la resistencia térmica en comparación con el PPD·2HCl.
• Evaluar el papel de los grupos de amidinio en la estabilización de la estructura de la perovskita CsPbI3.

Principales métodos:

• Fabricación de dispositivos y caracterización de las CsPbI3 PSC tratadas con PPD·2HCl y TPID·2HCl.
• Análisis termogravimétrico (TGA) para evaluar las temperaturas de descomposición del ligando.
• Cálculos de la teoría funcional de densidad (DFT) para determinar las energías de unión ligando-superficie.
• Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) para analizar la estabilidad química después del envejecimiento térmico.

Principales resultados:

• Tanto el PPD·2HCl como el TPID·2HCl pasivan los defectos superficiales, mejorando la estabilidad a temperatura ambiente.
• Los PSC tratados con TPID·2HCl demostraron una estabilidad térmica superior, con TPID·2HCl descomponiéndose a ~350 °C, significativamente más alta que la PPD·2HCl (~300 °C).
• Los cálculos de DFT mostraron una unión más fuerte de TPID2+ (-1,51 eV) que PPD2+ (-1,18 eV) a la superficie de CsPbI3, confirmada por las pruebas de estabilidad de XPS.
• Los dispositivos tratados con TPID·2HCl obtuvieron una mayor eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 18,59% y mostraron una disminución de la eficiencia retrasada a 85 °C.

Conclusiones:

• Los ligandos que contienen amidinium como TPID·2HCl son efectivos para mejorar la estabilidad térmica de los CsPbI3 PSC inorgánicos.
• La estabilidad mejorada se atribuye a las interacciones ligando-superficie más fuertes y a una mejor mitigación de la distorsión de la celosía inducida por el calor.
• TPID·2HCl ofrece una estrategia viable para el desarrollo de células solares de perovskita CsPbI3 altamente estables y eficientes para aplicaciones prácticas.