De acordo com pt.wedoany.com-A equipe de pesquisa da Universidade de Soochow (Soochow University), na China, projetou uma camada de interface bimolecular para células solares de perovskita invertidas, através da co-montagem de duas moléculas à base de carbazol, alcançando uma eficiência de conversão de potência de 27,3% sob condições de iluminação padrão. Essa camada de interface visa controlar a química e a estrutura da interface, bloqueando a ordem molecular, reduzindo defeitos e tensões, e permitindo uma extração de carga mais eficiente, resultando em células solares estáveis e de alta eficiência.
As células solares de perovskita invertidas adotam uma estrutura de dispositivo p-i-n, onde a camada de contato seletiva de lacunas está na parte inferior da camada intrínseca de perovskita e a camada de transporte de elétrons está no topo; as células solares de perovskita de haleto tradicionais possuem uma configuração n-i-p, com a ordem inversa. Os pesquisadores apontam que a abordagem bimolecular visa suprimir defeitos e instabilidade química na interface entre a perovskita e a camada de transporte, melhorando a ordem molecular e a passivação, enquanto aumenta a extração de carga e reduz as perdas não radiativas.
A estratégia de pesquisa consistiu em adicionar trifluorometanossulfonato de 9H-carbazol-2-ila (CzOTf) à camada de transporte de lacunas feita de ácido fosfônico (metilcarbazol substituído, Me-4PACz). O CzOTf não substituiu a camada de transporte de lacunas original, mas foi co-montado com o Me-4PACz na interface entre o óxido de níquel (NiOx) e a perovskita, integrando-se à estrutura de monocamada molecular. Essa adição proporcionou funções complementares: o Me-4PACz mantém um contato seletivo de lacunas eficiente e ancora-se ao NiOx, enquanto o CzOTf melhora o empacotamento molecular, aumenta a cobertura superficial e introduz funcionalidades químicas adicionais através do grupo sulfonato. Juntos, eles formam uma camada de interface mais uniforme e com interações mais fortes, melhorando o acoplamento eletrônico, a passivação de defeitos e a estabilidade da interface. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrou que a perovskita de controle baseada em Me-4PACz apresentava defeitos de porosidade e descontinuidades generalizadas na interface inferior, enquanto o filme modificado com CzOTf formou uma camada de interface mais densa, compacta e com porosidade suprimida. A equipe de pesquisa afirmou que a modulação com CzOTf pode aliviar a tensão de tração no filme de perovskita.
O dispositivo adotou uma estrutura invertida padrão n-i-p, utilizando um substrato condutor transparente de óxido de estanho dopado com flúor (FTO), revestido com uma camada de transporte de lacunas de NiOx, modificada pela camada de interface co-montada Me-4PACz+CzOTf, seguida pela deposição da camada absorvedora de perovskita, camada de transporte de elétrons de fulereno (C60), camada tampão fina de batocuproína (BCP) e, finalmente, a conclusão da pilha com a evaporação térmica do eletrodo traseiro de prata (Ag). Após testes, a célula apresentou eficiência de conversão de potência de 27,3%, tensão de circuito aberto de 1,185 V, densidade de corrente de curto-circuito de 26,30 mA cm² e fator de preenchimento de 87,64%. O dispositivo de referência sem a abordagem bimolecular apresentou eficiência de 26,20%, tensão de circuito aberto de 1,172 V, densidade de corrente de curto-circuito de 26,05 mA cm² e fator de preenchimento de 85,79%. Ao ampliar a célula de perovskita modificada com CzOTf para uma área ativa de 766 cm², foram demonstrados 21,54% de eficiência de conversão de potência, 50,93 V de tensão de circuito aberto, 0,4040 A de corrente de curto-circuito e 80,20% de fator de preenchimento.
Em termos de estabilidade, após 2000 horas de iluminação contínua, a célula solar de perovskita modulada com CzOTf manteve 92% de sua eficiência inicial. O módulo de grande área modulado com CzOTf operou de forma estável ao ar livre por 35 dias, sem degradação. O artigo sobre essa nova arquitetura de célula foi publicado na revista Science Advances, com o título "Contato bimolecular travado por interface para dispositivos fotovoltaicos de perovskita com 27,3% de eficiência".
