Una célula solar de perovskita 3D/2D tratada con PEAI alcanza una eficiencia del 23,08%

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Un equipo internacional de investigación ha creado una célula solar de perovskita 3D/2D utilizando un absorbente de perovskita de triple catión tratado con yoduro de fenetilamonio (PEAI), un modulador que altera la energía superficial de la película de perovskita y forma una estructura cuasi-2D sin necesidad de recocido posterior.

“Actualmente estamos planeando crear una línea de producción experimental en Turquía”, declaró el investigador Gorkem Gunbas a pv magazine. “Podría estar operativa en 2025”.

Las células de perovskita construidas con materiales híbridos 2D son conocidas por su estabilidad y presentan una gran energía de enlace de los excitones en comparación con los dispositivos 3D convencionales. Se han probado diferentes sales orgánicas de amonio para desarrollar células solares 3D/2D, siendo los análogos halogenados de las sales PEAI la opción preferida debido a su potencial para mejorar la extracción de huecos.

Para su célula solar 3D/2D, el equipo utilizó tres sales orgánicas de amonio: 2-metoxi-PEAI (o-OMe-PEAI), 3-metoxi-PEAI (m-OMe-PEAI) y 4-metoxi-PEAI (p-OMe-PEAI). Construyeron el dispositivo con un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de electrones de óxido de titanio comercialmente puro (cp-TiO2), una capa de dióxido de titanio mesoporoso (mp-TiO2), una capa tampón de óxido de estaño (IV) (SnO2), la capa de perovskita, la capa OMe-PEAI, una capa de transporte de huecos spiro-OMeTAD y un contacto metálico de oro (Au).

“Una solución de sales sustituidas por metoxi en isopropanol (IPA) se recubrió sobre ella mediante spin coating para formar la estructura 3D/2D de la perovskita”, explicaron. “Las películas de perovskita tratadas con sales sustituidas por metoxi tienen menos granos brillantes en la superficie, lo que indica que las sales OMe-PEAI reaccionan con el exceso de yoduro de plomo(II) (PbI2) en la superficie de la perovskita 3D”.

La célula solar resultante alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 23,08%, una tensión de circuito abierto de 1,120 V, una corriente de cortocircuito de 25,55 mA/cm2 y un factor de llenado del 80,6%. Una célula de referencia sin el tratamiento PEAI alcanzó una eficiencia del 20,86%, una tensión en circuito abierto de 1,091 V, una corriente de cortocircuito de 24,55 mA/cm2 y un factor de llenado del 78,0%.

“Todas las PSC 3D/2D tratadas con sales sustituidas con metoxi mostraron una histéresis inferior a la de la célula solar de referencia, lo que indica la supresión de la migración y acumulación de iones mediante la pasivación de los defectos de la superficie de la perovskita”, declararon los investigadores, señalando que el dispositivo campeón conservó el 95% de su eficiencia inicial tras 900 horas, mientras que la célula de referencia sólo mantuvo el 49%.

“La orientación única de la o-OMe-PEAI en la superficie tridimensional de la perovskita reveló una mayor hidrofobicidad en comparación con otras sales, lo que a su vez reflejó la mayor estabilidad de los dispositivos resultantes”, añadieron.

El equipo presentó la tecnología celular en el artículo “Drastic influence of substituent position on orientation of 2D layers enables efficient and stable 3D/2D perovskite solar cells” (La drástica influencia de la posición de los sustituyentes en la orientación de las capas 2D permite obtener células solares de perovskita 3D/2D eficientes y estables), publicado recientemente en Cell Reports Physical Science.

El equipo está formado por científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) (Suiza), la Universidad Técnica de Oriente Medio (METU) (Turquía), la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú (Rusia) y la Universidad de Tokio (Japón).

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