La estrategia de fijación está ayudando a establecer un nuevo récord para las células solares de perovskita eficientes con una banda prohibida ideal

La estrategia de fijación está ayudando a establecer un nuevo récord para las células solares de perovskita eficientes con una banda prohibida ideal


05 de marzo de 2022

(Noticias de Nanowerk) En un estudio publicado en Materiales avanzados («Selective Targeting Anchor Strategy Afford Efficient and Stable Ideal Bandgap Perovskite Solar Cells»), los investigadores de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas (HFIPS) de la Academia de Ciencias de China informaron sobre una solución novedosa para combatir las trampas bimetálicas en células solares de perovskita de alta eficiencia (PSCs) mediante la aplicación de una estrategia de anclaje.

Se logró una eficiencia de conversión de energía (PCE) récord del 22,51 % en los PSC de banda prohibida ideales informados. Células solares de perovskita de banda prohibida ideal A. Eficiencias marginales SQ y voltaje de circuito abierto de diferentes composiciones; B. Resumen del trabajo reciente sobre LTPSC y la variación de la brecha de banda frente a la proporción de contenido de Sn (línea azul); C. Diagrama de la estructura del dispositivo, el diagrama insertado es la estructura química de las moléculas de anclaje; D. Vista de superficie e imágenes SEM transversales después del tratamiento de anclaje de objetivo selectivo; mi. Escaneo hacia adelante y hacia atrás para las curvas JV de referencia, diyoduro de etilendiamina, yoduro de fenetilamonio y dispositivo de anclaje de objetivo selectivo; F. Gráficas de EQE y JSC integrado derivado de la referencia, diyoduro de etilendiamina, yoduro de fenetilamonio y dispositivo de anclaje de objetivo selectivo. (Imagen: YE Jiajiu)

La banda prohibida de los materiales de perovskita a base de plomo (Pb/plomo) suele estar en el rango de 1,5 eV a 1,7 eV. Sin embargo, según el modelo Shockley-Queisser (SQ) calculado y propuesto por William Shockley y Hans Queisser en 1961, la eficiencia de conversión de energía alcanza su punto máximo en una banda prohibida de 1,33 eV.

En este contexto, los investigadores intentaron reducir la brecha de banda del PCE teóricamente más alto a 1,33 eV reemplazando parcial o completamente el Pb con estaño (Sn/Tin). De hecho, con la adición directa de Sn hasta un 20% sin dopaje, la brecha de banda se redujo a aproximadamente 1,33 eV. Pero 20% Sn trajo un nuevo problema de pérdida masiva de voltaje en circuito abierto.

«La pérdida de voltaje se debe principalmente a las trampas bimetálicas», dijo PAN Xu, quien dirigió el estudio y fue un investigador que se especializó en células solares de perovskita en el HFIPS durante años.

Las trampas bimetálicas en realidad son causadas por la turbulencia más intensa de energía y estructura cristalina, y el equipo de PAN decidió una estrategia de anclaje específica para detener esta turbulencia.

Primero sintetizaron un material de perovskita de plomo y estaño libre de bromo con una banda prohibida de 1,33 eV. Luego establecieron una estrategia de anclaje, introduciendo yoduro de fenetilamonio y diyoduro de etilendiamino como «comodificadores», que se anclan selectivamente a los sitios activos relacionados con Pb y Sn y «pasan trampas bimetálicas», según el equipo.

Además, se demostró claramente la especificidad de profundidad energética de las trampas relacionadas con Pb y Sn en el mecanismo selectivo de la pasivación del ancla de orientación molecular.

Después de adoptar esta estrategia, se sorprendieron al descubrir que el voltaje de circuito abierto aumentó de 0,79 V a 0,90 V. La eficiencia de conversión también alcanzó el 22,51%.

«Creo que nuestro trabajo podría revelar defectos metálicos de doble fuente en las células solares de perovskita de plomo y estaño», dijo PAN, quien espera que su trabajo pueda proporcionar mecanismos de pasivación útiles en respuesta a las trampas bimetálicas.



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