Unificando la homogeneidad coloidal del precursor de la perovskita para las células solares de perovskita

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Ingeniería Química Ingeniería Química.
• La energía fotovoltaica es fotovoltaica.

Sus antecedentes:

• Las perovskitas de halogenuros metálicos procesadas en solución se basan en soluciones precursoras, que son suspensiones coloidales complejas.
• La ingeniería aditiva es crucial para la cinética de la cristalización y la morfología de la película, pero su papel en la regulación de los entornos coloidales no se entiende completamente.
• La distribución bimodal de tamaño en las soluciones de perovskita presenta un desafío para lograr dispositivos de alto rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el papel del ácido trifluoroacético (TFA) como un agente multifuncional en la reconfiguración de las suspensiones coloidales precursoras de perovskita.
• Para aclarar cómo el TFA influye en el entorno de coordinación coloidal y la distribución de tamaño.
• Para demostrar el impacto de la homogeneidad coloidal en el rendimiento de las células solares de perovskita.

Principales métodos:

• Utilizado ácido trifluoroacético (TFA) como un aditivo de una sola molécula en soluciones precursoras de perovskita.
• Se analizó el efecto de las propiedades de extracción de electrones del TFA en la protonación del disolvente y el pH de la solución.
• Investigó la disolución de los agregados de iodoplumbato y los cambios resultantes en la distribución del tamaño coloidal.
• Se examinó la influencia del TFA en la nucleación homogénea y el crecimiento de los cristales.
• Fabricado y caracterizado células solares de perovskita para evaluar mejoras en el rendimiento.

Principales resultados:

• El TFA cambió el pH de la solución de alcalino a ácido, colapsando las distribuciones bimodales en pequeños coloides homogéneos mediante la disolución de agregados de iodoplumbato.
• El TFA mejoró la nucleación homogénea a través de la coordinación directa de precursores y el crecimiento de cristales unificados.
• Las películas de perovskita resultantes exhibieron menos defectos y mejoraron la cristalinidad.
• Se logró un aumento de la eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 23.3% al 25.2%, con ganancias sinérgicas en el voltaje de circuito abierto (V_OC), la densidad de corriente de cortocircuito (J_SC), y el factor de llenado (FF).

Conclusiones:

• Unificar la homogeneidad coloidal de las soluciones precursoras de perovskita es fundamental para avanzar en el rendimiento de las células solares de perovskita.
• El TFA actúa como un agente multifuncional que controla tanto el estado coloidal como el proceso de cristalización.
• Este enfoque ofrece un camino hacia celdas solares de perovskita de alto rendimiento y reducción de defectos.