Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad Lingnan de China ha fabricado una célula solar de perovskita invertida mediante lo que denominan una estrategia de estabilización de monocapa autoensamblada (SAM).
Las células de perovskita invertidas tienen una estructura conocida como «p-i-n», en la que el contacto selectivo de huecos p se encuentra en la parte inferior de la capa de perovskita intrínseca i, con la capa de transporte de electrones n en la parte superior. Las células de perovskita haluro convencionales tienen la misma estructura, pero invertida: una disposición «n-i-p». En la arquitectura n-i-p, la célula solar se ilumina a través del lado de la capa de transporte de electrones (ETL); en la estructura p-i-n, se ilumina a través de la superficie HTL.
Las SAM se utilizan con frecuencia en las capas de transporte de huecos (HTL) de los dispositivos fotovoltaicos de perovskita para pasivar los defectos y aumentar la eficiencia. En concreto, la densidad de electrones dentro de las SAM se puede modular para cambiar la energía interfacial entre la SAM y la capa de perovskita, lo que da como resultado un enfoque más versátil y controlado para optimizar la alineación energética en la célula solar de perovskita, al tiempo que tiene una influencia insignificante en la estabilidad de fase de la película de perovskita de banda ancha.
El grupo de investigación diseñó una molécula SAM reticulable denominada JJ24 y la combinó con una molécula SAM selectiva de huecos denominada CbzNaph.
Los académicos recocieron JJ24 a 160 °C y descubrieron que formaba enlaces covalentes estables con las cadenas alquílicas de las moléculas CbzNaph vecinas. Esta interacción suprimió la formación de defectos y huecos en la SAM durante el proceso de autoensamblaje.
Se descubrió que la combinación propuesta mejoraba la estabilidad conformacional de las moléculas SAM, eliminaba la degradación en el absorbedor de perovskita y reducía la función de trabajo del sustrato, lo que mejora la extracción de carga y reduce las pérdidas de energía.
«La SAM que contiene azida puede activarse térmicamente para formar una co-SAM reticulada y densamente ensamblada con una conformación térmicamente estable y una orientación preferida», explicaron además. «Esto minimiza eficazmente la exposición de la superficie del sustrato causada por el movimiento de las SAM sueltas bajo estrés térmico, lo que evita la descomposición de la perovskita».
Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula solar que incorpora el SAM alcanzó una eficiencia máxima de conversión de energía del 26,92 % y una eficiencia certificada del 26,82 %, según el grupo, sin revelar qué entidad externa verificó los resultados.
También se descubrió que el dispositivo mostraba una pérdida de eficiencia «insignificante» tras 1000 horas a 85 °C.
«Además, nuestros resultados experimentales muestran que esta estrategia es aplicable a varias moléculas SAM convencionales, lo que demuestra una buena universalidad y una excelente escalabilidad en la ampliación de las áreas de las células solares», continuaron diciendo. «Esto debería permitir el despliegue y la aplicación práctica de módulos solares de perovskita de gran superficie en los próximos 3-5 años».
El diseño de la célula se presentó en «Toughened self-assembled monolayers for durable perovskite solar cells» (Monocapas autoensambladas reforzadas para células solares de perovskita duraderas), publicado en Nature. El equipo de investigación estaba formado por científicos de la Academia China de Ciencias (CAS) y la Universidad de la Ciudad de Hong Kong.
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