Ingeniería de Interfase Mediada por Nanopartículas para Capas de Transporte de Electrones Uniformes y Reproducibles...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Energía Renovable
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Las células solares de perovskita (PSC) a escala de laboratorio enfrentan desafíos para lograr un rendimiento comparable en dispositivos de gran área y fabricables.
• Las capas de transporte de electrones (ETL) eficientes son cruciales para el rendimiento de las PSC, pero los métodos procesados en solución pueden generar defectos morfológicos.
• La ingeniería de interfases es clave para superar las limitaciones en la tecnología actual de PSC.

Objetivo del estudio:

• Investigar el uso de intercapas de nanopartículas de óxido metálico impresas (Al2O3 y SnO2) para controlar la morfología y la energética de las ETL de PC61BM en PSC flexibles.
• Elucidar los roles distintos de las intercapas de nanopartículas aislantes (Al2O3) y semiconductoras (SnO2) en la dinámica de los portadores.
• Establecer una ruta escalable para mejorar el rendimiento y el rendimiento de los PSC impresos de gran área.

Principales métodos:

• Impresión de intercapas de nanopartículas de Al2O3 y SnO2 sobre ETL de PC61BM procesadas en solución en PSC flexibles.
• Caracterización sistemática de dispositivos, incluido análisis morfológico, espectroscópico y energético.
• Simulaciones de deriva-difusión para comprender los mecanismos de extracción y recombinación de portadores.

Principales resultados:

• Las intercapas de nanopartículas mejoraron la uniformidad de la ETL, redujeron los orificios y aumentaron la resistencia en derivación, lo que llevó a una reducción del 50% en las tasas de falla de los dispositivos.
• Las intercapas de Al2O3 suprimieron la recombinación interfacial y mejoraron la reproducibilidad, mientras que las intercapas de SnO2 mejoraron el acoplamiento electrónico y la extracción de carga.
• Se logró una PCE de referencia del 11,0% para dispositivos de área pequeña (0,5 cm2) con intercapas de SnO2; los módulos más grandes (7,2 cm2) demostraron robustez en la fabricación.

Conclusiones:

• Las intercapas de nanopartículas de óxido metálico ofrecen una estrategia simple, efectiva y escalable para la ingeniería de interfases en PSC impresos.
• Este enfoque mejora significativamente tanto el rendimiento (PCE) como el rendimiento de las células solares de perovskita flexibles de gran área.
• Los hallazgos proporcionan un marco valioso para avanzar en la fabricabilidad de la tecnología PSC.