Equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong desenvolve tandem de perovskita totalmente livre de PEDOT:PSS com eficiência de 29,1%

De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisa da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong projetou uma célula solar tandem de perovskita totalmente livre de PEDOT:PSS, alcançando uma eficiência de conversão de 29,1% ao usar uma monocamada de ácido fosfônico funcionalizada com fenotiazina como camada de transporte de buracos. O PEDOT:PSS, uma mistura de polímeros condutores, é amplamente utilizado como camada de transporte de buracos devido à sua alta transparência, boa condutividade de buracos e função de trabalho adequada, mas sua acidez e higroscopicidade degradam as camadas sensíveis de perovskita em células tandem, afetando a eficiência de longo prazo e a estabilidade operacional.

Para superar esse desafio, a equipe de pesquisa revelou, por meio de caracterização in situ, o caminho de cristalização instável induzido pelo PEDOT:PSS em filmes de perovskita mista de estanho-chumbo, e substituiu o PEDOT:PSS por uma monocamada auto-montada funcionalizada com fenotiazina (abreviada como 4PAPT). Em comparação com o PEDOT:PSS, o 4PAPT permite uma cristalização mais rápida, mais direta e mais uniforme da perovskita, inibe a formação da fase intermediária de iodeto de estanho-dimetilsulfóxido (SnI₂–DMSO), melhora a orientação do cristal e a estabilidade da interface, reduzindo assim a densidade de defeitos e melhorando o transporte de portadores.

A célula solar tandem de perovskita totalmente monolítica de dois terminais desenvolvida pela equipe utiliza uma arquitetura de dispositivo empilhada sobre um eletrodo transparente de óxido de índio-estanho (ITO). A célula inferior inclui uma camada absorvedora de perovskita de banda larga (WBG), interconectada por um derivado de naftaleno baseado em carbazol (CbzNaph) como camada seletiva de buracos, seguida por uma camada de transporte de elétrons de fulereno (C60), dióxido de estanho depositado por camada atômica (ALD-SnO₂) como camada de recombinação, e coberta por um eletrodo de ouro (Au). A célula superior utiliza 4PAPT como interface de transporte de buracos, combinada com uma camada absorvedora de perovskita de banda estreita (NBG), camada de transporte de elétrons de C60, camada de bloqueio de éxcitons de batocuproína (BCP) e eletrodo traseiro de prata (Ag). A célula de junção única de banda estreita baseada em 4PAPT atingiu uma eficiência de 23,2%, enquanto a célula tandem de perovskita totalmente livre de PEDOT:PSS alcançou uma eficiência de conversão de 29,1%, o valor mais alto atualmente para este tipo. Após 800 horas de rastreamento do ponto de máxima potência sob iluminação solar simulada a aproximadamente 40°C, o dispositivo encapsulado manteve 90% de sua eficiência inicial.

O autor correspondente da pesquisa, Fengzhu Li, destacou que a estratégia de interface molecular permitiu o aumento da eficiência da célula de junção única de banda estreita e estendeu essa estratégia para células tandem. O coautor Yen-Hung Lin enfatizou que a instabilidade do PEDOT:PSS não é apenas um problema de material, mas também afeta a formação do filme de perovskita na interface enterrada, e a substituição por monocamadas auto-montadas projetadas molecularmente pode controlar a cristalização desde o início. O estudo foi publicado no periódico Joule, com o título "Interface-mediated crystallization enables PEDOT:PSS-free all-perovskite tandems with 29.1% efficiency and enhanced durability".