Investigadores de la Universidad china de Hangzhou Dianzi han fabricado una célula solar de perovskita con un aditivo multifuncional conocido como trifluorometanosulfonato de potasio (KTFS), que, según afirman, puede reducir significativamente los defectos de vacantes de plomo en la película de perovskita.
“La molécula de KTFS es un tipo típico de sal de potasio que incluye el potasio catiónico (K+) y el trifluorometanosulfonato aniónico (SO3CF3-), lo que indica una interacción bifuncional entre el KTFS y la perovskita”, explicaron. “El grupo sulfonilo puede pasivar el plomo subcoordinado del defecto de nivel profundo e inhibir así la recombinación no radiativa”.
En el estudio “Modulating vacancy-related defects and hole extraction via a multifunctional additive for high-performance perovskite solar cells” (Modulación de defectos relacionados con vacantes y extracción de orificios mediante un aditivo multifuncional para células solares de perovskita de alto rendimiento), publicado en Cell Reports Physical Science, el grupo de investigación describió los resultados del aditivo propuesto a base de sales de potasio, ya que proporciona una mejor morfología superficial y una mayor cristalinidad en una película construida con una capa de yoduro de plomo (PbI2) tratada con KTFS mediante recocido térmico.
El rendimiento de la película modificada con KTFS se comparó con el de una película de perovskita de control sin el aditivo, y se observó que la primera tenía menos impurezas de plomo que la película de control. “La presencia de impurezas de Pb en las películas de perovskita es el resultado de la descomposición del PbI2 residual cuando se expone a la luz o a la irradiación de rayos X, lo que indica una deficiencia de yodo en las películas”, señalan los académicos. “Estos cúmulos de plomo metálico actúan como impurezas, que pueden acelerar la degradación de las películas de perovskita y afectar a la estabilidad de las células solares de perovskita”.
Además, se descubrió que el KTFS no afectaba a la banda prohibida de energía de 1,52 eV del material de perovskita de yoduro de plomo y formamidinio (FAPbI3) seleccionado para la película.
El grupo construyó la célula solar con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de electrones (ETL) basada en óxido de estaño (SnO2), el absorbente de perovskita modificado con KTFS, una capa de transporte de huecos (HTL) basada en Spiro-OMeTAD y un contacto metálico de plata (Ag).
Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 23,96%, una tensión de circuito abierto de 1,165 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,29 mA/cm2 y un factor de llenado del 81,33%. En comparación, un dispositivo de referencia sin KTFS alcanzó una eficiencia del 22,23%, una tensión de circuito abierto de 1,15 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,03 mA/cm2 y un factor de llenado del 77,24%.
“El dispositivo modificado por KTFS muestra un índice de histéresis relativamente bajo, con un valor del 4% frente al 6,8% del dispositivo de control”, afirman los científicos. “Se especula que la existencia de K+ en el KTFS incorporado a la perovskita puede inhibir la migración de iones, reduciendo así la histéresis J-V”.
El grupo también descubrió que la célula modificada con KTFS era capaz de mantener el 90% de su eficiencia original tras 1.200 h de almacenamiento, mientras que el dispositivo de control sólo alcanzaba el 80%.
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