Una monocapa autoensamblable también puede mejorar las células solares de perovskita sin plomo
El diseño de moléculas específicas condujo al éxito
Las células solares de perovskita de estaño no sólo no son tóxicas, sino que son potencialmente más estables que las que contienen plomo. Sin embargo, también son bastante menos eficientes. Ahora, un equipo internacional ha conseguido reducir las pérdidas en la capa de contacto inferior de las células solares de perovskita de estaño: Los científicos identificaron compuestos químicos que se autoensamblan en una capa molecular que encaja muy bien con la estructura reticular de las perovskitas de estaño. Sobre esta monocapa se puede cultivar perovskita de estaño con una excelente calidad optoelectrónica, lo que aumenta el rendimiento de la célula solar.
Una monocapa autoensamblada de fenotiazina permite la formación de películas de perovskita con buena calidad optoelectrónica y minimiza las pérdidas por recombinación.
© 10.1002/aenm.202500841
Los semiconductores de perovskita son un material nuevo y apasionante para su uso en células solares. Son extremadamente finos y flexibles, fáciles y baratos de fabricar y muy eficientes. Sin embargo, hay que superar dos obstáculos antes de que las células solares de perovskita puedan comercializarse a gran escala: en primer lugar, aún no son estables durante décadas y, en segundo lugar, los materiales de perovskita más potentes contienen plomo. Una alternativa interesante y no tóxica que se está investigando en HZB son las células solares de perovskita de estaño, que son potencialmente más estables que sus homólogas que contienen plomo. Gracias a sus especiales propiedades electroópticas, son especialmente adecuadas para células solares en tándem y triples. Sin embargo, las células solares de perovskita de estaño aún están lejos de alcanzar las altas eficiencias de las perovskitas de plomo.
SAMs en perovskitas de estaño
En las actuales células solares de perovskita de estaño, la capa de contacto inferior se produce utilizando PEDOT:PSS. Esto no sólo es un proceso engorroso, sino que también ocasiona pérdidas. Sin embargo, en las perovskitas de plomo, la capa de PEDOT:PSS puede sustituirse por una solución más elegante: las monocapas autoorganizadas (SAM), que incluso han permitido alcanzar nuevos récords de eficiencia.
Hasta ahora, los experimentos con SAM basadas en el compuesto MeO-2PACz en perovskitas de estaño han dado peores resultados que con PEDOT:PSS. No obstante, el Dr. Artem Musiienko, investigador principal, estaba convencido de que las SAM también pueden ofrecer ventajas en las perovskitas de estaño.
Junto con sus colaboradores, analizaron los posibles problemas de utilizar MeO-2PACz como capa de contacto para la perovskita de estaño. Los cálculos de la teoría del funcional de la densidad revelaron que la interfaz resultante no se alineaba bien con la red de perovskita adyacente, lo que provocaba pérdidas sustanciales.
Fenotiazina: un ajuste mejor
Por ello, el equipo buscó moléculas de monocapa autoensamblada (SAM) alternativas que permitieran un mejor ajuste. Descubrieron la fenotiazina, un grupo funcional que contiene azufre, abreviado como Th-2EPT. El Dr. Tadas Malinauskas y Mantas Marčinskas, de la Universidad Tecnológica de Kaunas (Lituania), sintetizaron el nuevo compuesto. Comparado con el PEDOT, el Th-2EPT permite formar películas de perovskita con una cristalinidad comparable, aunque con granos más pequeños. Las células solares de perovskita de estaño con una SAM de Th-2EPT superan a las células de control fabricadas con PEDOT o MeO-2PACz. El Th-2EPT da lugar a una interfaz excepcionalmente buena que minimiza las pérdidas por recombinación.
Hemos demostrado que el rendimiento de las células fotovoltaicas de perovskita de estaño puede mejorarse significativamente mediante un diseño molecular racional y específico", afirma Artem Musiienko. Las nuevas células solares de perovskita de estaño con Th-2EPT alcanzan una eficiencia del 8,2%. Estos resultados sientan las bases para nuevas mejoras de las interfaces de perovskita de estaño, allanando el camino para el desarrollo de células solares en tándem de perovskita de estaño pura. Demostramos que el mayor rendimiento se debe a la excelente calidad optoelectrónica de la perovskita cultivada sobre la nueva SAM", afirma Valerio Stacchini, uno de los primeros autores del artículo.
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Publicación original
Valerio Stacchini, Madineh Rastgoo, Mantas Marčinskas, Chiara Frasca, Kazuki Morita, Lennart Frohloff, Antonella Treglia, Thomas W. Gries, Orestis Karalis, Vytautas Getautis, Florian Ruske, Annamaria Petrozza, Norbert Koch, Hannes Hempel, Tadas Malinauskas, Antonio Abate, Artem Musiienko; "Phenothiazine‐Based Self‐Assembled Monolayer with Thiophene Head Groups Minimizes Buried Interface Losses in Tin Perovskite Solar Cells"; Advanced Energy Materials, Volume 15, 2025-6-29
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