Interfaz hetero reforzada de perovskita y SAM para las células solares de perovskita estable

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Tecnologías de energía renovable
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• La comercialización de las células solares de perovskita (PSC) está limitada por la escasa estabilidad mecánica a largo plazo en la interfaz de perovskita / monocapa autoensamblada (SAM).
• Los problemas de interfaz provienen de una humedabilidad inadecuada y una adhesión débil entre los SAM y las capas de perovskita.
• La teoría Hard-Soft-Acid-Base (HSAB) sugiere que los grupos tiol (-SH) forman fuertes enlaces con iones metálicos, ofreciendo una solución potencial.

Objetivo del estudio:

• Diseñar e implementar nuevos enlaces de tiol para mejorar la estabilidad mecánica y el rendimiento a largo plazo de la interfaz entre perovskita y SAM en las PSC.
• Investigar los mecanismos de enlace y las propiedades interfaciales influenciadas por los enlaces cruzados multitioles.
• Evaluar el impacto de la interfaz mejorada en la eficiencia de conversión de potencia (PCE) y la estabilidad operativa de las PSC.

Principales métodos:

• Diseñó y sintetizó una serie de enlaces cruzados de tiol basados en la teoría HSAB.
• Se utilizaron enlaces cruzados multitioles para formar enlaces químicos robustos en la interfaz entre perovskita y SAM.
• Propiedades mecánicas interfaciales caracterizadas, incluida la carga de fractura y la mitigación de la degradación.
• Fabricados y probados los PSC que incorporan la interfaz optimizada, evaluando la PCE y la estabilidad a largo plazo en condiciones de funcionamiento continuo y tensión térmica.

Principales resultados:

• Los enlaces cruzados de multitiolo formaron con éxito enlaces químicos con sustratos y crearon condiciones favorables para el crecimiento de la perovskita.
• Trimethylolpropane tris ((3-mercaptopropionate) (TMP) demostró un rendimiento superior, aumentando la carga de fractura de la heterointerfaz en 1,8 veces y reduciendo la degradación.
• Los PSC tratados con TMP lograron una PCE certificada del 25,11% y mantuvieron el 97% de la PCE inicial después de 1200 horas de operación.
• Los dispositivos conservaron el 90% de su PCE después de 1600 horas a 85 °C, demostrando una estabilidad de funcionamiento excepcional.

Conclusiones:

• La integridad mecánica de la heterointerfaz es crucial para la estabilidad a largo plazo de las PSC.
• Los enlaces cruzados de tiol, en particular el TMP, ofrecen una estrategia prometedora para mejorar la unión interfacial y la robustez mecánica.
• Este enfoque mejora significativamente la vida operativa y la eficiencia de la PSC, allanando el camino para la viabilidad comercial.