Aunque los defectos locales en la perovskita a base de cloruro y yoduro son difíciles de evitar debido a la migración de iones, un grupo de científicos ha encontrado ahora una manera de pasivarlos. Utilizaron diferentes combinaciones de cloruro de 4-clorobencilamonio y bromuro de 4-clorobencilamonio encima de la capa de transporte de agujeros y alcanzaron una mejora de hasta el 15 % en la eficiencia.
Investigadores de Australia Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) Sídney han introducido una nueva estrategia de pasivación de defectos para la perovskita a base de cloruro y yoduro. El autor correspondiente Ashraful Hossain Howlader dijo revistapv que el nuevo enfoque mejora la eficiencia de la celda en aproximadamente un 15%, en comparación con una muestra de control, al mismo tiempo que la hace más estable ambientalmente.
«A pesar de las prometedoras propiedades optoelectrónicas, es un hecho que la migración de iones es inevitable en las células solares de perovskita a base de cloruro y yoduro debido a un desajuste de radio entre el cloro y el yodo», explicaron Howlader y su equipo en el artículo. «Pueden producirse defectos locales como vacantes atómicas o acumulación de átomos debido a la migración de iones en una película delgada de perovskita a base de cloruro y yoduro».
La capa de perovskita activa en cuestión está hecha de 60% de formamidiunio (FA) y 40% de metilamonio (MA), con 10% de cloro (Cl) y 90% de yodo (I) utilizados como concentraciones de haluro, para una Fórmula final de FA0.6MA0. .4PbI2.7Cl0.3.
Debajo de la capa activa, hay una capa de transporte de electrones (ETL) de óxido de estaño (SnoO2) depositada sobre óxido de indio y estaño (ITO) que funciona como electrodo frontal. Se deposita una capa de transporte de huecos (HTL) encima del absorbente a base de un material de perovskita conocido como 2,2′,7,7′-Tetrakis-(N,N-di-4-metoxifenilamino)-9,9 ′- espirobifluoreno. Se utilizó Spiro-OMeTAD para la capa de transporte de huecos (HTL) y se depositó plata (Ag) como electrodo posterior.
“De nuestro publicación anteriorencontramos un fenómeno único de autoformación de tes(II) cloruro (SnCl2) entre la interfaz de perovskita cloruro-yoduro y cloruro de estaño (II) (SnO2) ETL”, explicaron los académicos. “Durante el proceso de autoformación, los iones Sn2+ de ETL y los iones Cl- de perovskita migran hacia la interfaz enterrada. Al mismo tiempo, encontramos que los iones migran hacia la interfaz opuesta. A partir de este fenómeno, es obvio que la mayor parte de la película delgada de perovskita de cloruro y yoduro carece de iones Cl- e I-. Por lo tanto, necesitamos pasivar la mayor parte de la película delgada de perovskita de cloruro y yoduro con halógenos. Al mismo tiempo, también necesitamos pasivar la interfaz perovskita/HTL”.
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Imagen: UNSW Sydney, Energía Solar, CC BY 4.0
Para resolver este problema de creación de defectos, el grupo depositó dos pasivadores conocidos como cloruro de 4-clorobencilamonio (Cl) y bromuro de 4-clorobencilamonio (Br) encima del HTL. Probaron tres combinaciones de los dos: 50% Cl y 50% Br; 75 % Cl y 25 % Br; y 100 % Cl y 0 % Br – en la estructura celular mencionada anteriormente y en comparación con un control sin ningún pasivador.
Se descubrió que el 75 % Cl y el 25 % Br eran los de mejor rendimiento, con una eficiencia de conversión de energía (PCE) del 21 % en la celda campeona, en comparación con el 18,31 % de la celda de control. La celda de 75 % Cl y 25 % Br mostró un voltaje de circuito abierto (Voc) de 1,12 V, una densidad de corriente de cortocircuito (Jsc) de 25,69 mA/cm2 y un factor de llenado (FF) de 72,78 %. La celda controlada funcionó con 1,06 V, 24,37 mA/cm2 y 70,91%, respectivamente.
El PCE de la celda campeona con 50% Cl y 50% Br fue del 19,81%, mientras que fue del 19,23% en el caso de 100% Cl y 0% Br. El primero tenía un Voc de 1,12 V, un Jsc de 24,61 mA/cm2 y un FF de 71,80%, mientras que el segundo tenía 1,07 V, 24,67 mA/cm2 y 72,65%. , respectivamente.
“Cuando comparamos la estabilidad entre dos de nuestras células (control y campeona), las muestras se prueban sin encapsulación. Descubrimos que el PCE de la celda de control puede retener alrededor del 78% y la celda campeona alrededor del 88% de sus eficiencias iniciales después de aproximadamente 672 horas”, añadió el grupo científico. «Esto se debe a los cationes orgánicos voluminosos en la interfaz de perovskita/HTL, que protege la humedad».
Los resultados fueron presentados en “Defectos de pasivación en celda solar de perovskita de yoduro de cloruro con haluros de clorobencilamonio”, publicado en energia solar.
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