As células solares de perovskita convencionais (PSCs) são compostas por uma camada de transporte de elétrons abaixo da camada absorvente de luz da perovskita e uma camada de transporte de buracos acima. Embora esse layout tenha proporcionado um forte desempenho de laboratório, ele enfrenta obstáculos ao aumentar a escala para produção em grandes áreas e estabilidade a longo prazo.
O PSC invertido troca as posições dessas duas camadas de transporte. Esta arquitetura reversível oferece alto potencial de conversão de energia e funciona bem com métodos de processamento baseados em soluções adequados para produção em larga escala, tornando-a um design fotovoltaico atraente.
Apesar dessas vantagens, os PSCs invertidos têm sido limitados pelo problema da interface inferior, também conhecida como interface enterrada, onde a camada de perovskita entra em contato com a camada de transporte do furo. Nessas junções ocultas, podem se formar irregularidades estruturais microscópicas e defeitos eletrônicos, reduzindo a eficiência e a durabilidade ao longo do tempo.
Pré-semeadura de cristal-solvato para controle de interface
Para resolver esse problema, pesquisadores do Instituto Qingdao de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos (QIBEBT) da Academia Chinesa de Ciências introduziram uma técnica de pré-semeadura de cristal-solvato (CSV) que permite controle preciso sobre essa interface crítica do fundo. Sua abordagem apoia o desenvolvimento de módulos solares de perovskita de grande área e alta eficiência. Os resultados são publicados Síntese da natureza Em 27 de fevereiro.
O processo começa depositando sementes de solvato de cristal haleto de baixa dimensão especialmente projetadas em substratos modificados em monocamada automontada (SAM) com PDPbI4·DMSO. Esses nanocristais CSV servem como um guia estrutural para os cristais de perovskita subsequentemente cultivados.
Os nanocristais CSV em forma de bastão permitem uma cobertura mais uniforme, melhorando a forma como o precursor da perovskita se espalha pela superfície SAM normalmente resistente à água. À medida que a cristalização prossegue, os nanocristais pré-depositados atuam como numerosos centros de nucleação, acelerando e direcionando a formação da camada de perovskita.
O recozimento com solvente confinado em rede aumenta a estabilidade
Um componente chave da técnica envolve moléculas de dimetilsulfóxido (DMSO) incorporadas na estrutura cristalina do CSV. Durante o recozimento térmico, essas moléculas de DMSO são liberadas lentamente, criando um ambiente de “recozimento com solvente confinado à rede” na interface inferior, dizem os pesquisadores.
Esta atmosfera solvente local promove o rearranjo e o crescimento dos grãos, trabalhando em conjunto com o processo de cristalização semeada para produzir um filme mais uniforme e estável.
“Desenvolvemos uma abordagem integrada que aborda simultaneamente a regulação da cristalização e a estabilidade da interface”, disse o Dr. Jiuhong Sun, co-autor do estudo. “Essa técnica também oferece bom desempenho em interfaces ocultas, que são notoriamente desafiadoras para controlar com precisão.”
Módulo solar de grande área de alta eficiência
Ao reduzir os vazios interfaciais e suavizar as ranhuras nos limites dos grãos, o método cria uma região densa e altamente orientada dentro do filme de perovskita (a “camada inferior” da perovskita). Esta melhoria estrutural leva a propriedades eletrônicas aprimoradas e maior resistência ao estresse induzido pelo calor e pela luz.
Os pesquisadores também combinaram o método de pré-semeadura CSV com um processo de revestimento slot-die para produzir um minimódulo solar de perovskita com uma área de abertura de 49,91 cm.2. O dispositivo alcançou uma eficiência de conversão de energia de 23,15%. A eficiência de pequenas células de laboratório para minimódulos maiores foi inferior a 3% – superando assim muitos estudos relatados anteriormente.
“Esta tecnologia supera a barreira de incrustação de longa data causada por efeitos de tamanho através de uma combinação de cristalização induzida e recuperação de interface enterrada”, disse o professor Shuping Pang. “Além da aplicação direta à energia fotovoltaica de perovskita, o conceito de pré-semeadura de cristal-solvato estabelece uma plataforma de material versátil: ajustando cátions orgânicos e moléculas de solvente, uma biblioteca diversificada de materiais CSV pode ser projetada, abrindo um novo paradigma para engenharia de interface em perovskita fotovoltaica e outros dispositivos fotovoltaicos. dispositivos optoeletrônicos semelhantes. “
