Engenharia de moléculas duplas de instituições chinesas impulsiona eficiência de células solares de perovskita invertidas para 27,31%

De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores de várias instituições da China continental e de Hong Kong relataram uma estratégia de engenharia de interface de moléculas duplas para células solares de perovskita invertidas (p–i–n), alcançando uma eficiência certificada de 27,31%. O método combina a monocamada auto-montada de ácido fosfônico Me-4PACz com o modificador sinérgico 9H-carbazol-2-il trifluorometanossulfonato (CzOTf), formando uma camada molecular mista e travada na interface NiOx/perovskita. O CzOTf é projetado para estabilizar a extração de carga, passivar defeitos relacionados ao Pb enterrados e aliviar tensões de tração que podem deteriorar a cristalização da perovskita e a degradação da interface, além de suprimir caminhos de perda redox induzidos por Ni3+.

O dispositivo otimizado obteve eficiência certificada de 27,31% (melhor dispositivo 27,32%), tensão de circuito aberto de 1,185 V, corrente de curto-circuito de 26,30 mA/cm² e fator de preenchimento de 87,64%. O dispositivo de referência sem CzOTf apresentou eficiência de 26,20%. A aplicação da estratégia foi estendida para células tandem de perovskita/silício HJT (32,84%) e módulos de grande área de 766 cm² (21,54%). Em termos de estabilidade, o dispositivo manteve 92% da eficiência após 2000 horas de iluminação contínua, e o módulo operou de forma estável ao ar livre por 35 dias.

O Me-4PACz, uma molécula baseada em ácido fosfônico, ancora-se na superfície do NiOx através do grupo fosfonato, formando uma camada interfacial monomolecular densa que resiste à dessorção e fixa a química da interface. Seus sítios de interação eletrônica/carga funcionais do tipo carbazol passivam as armadilhas eletroativas da interface NiOx-perovskita, reduzindo a recombinação não radiativa. Essa camada monomolecular interfacial também melhora a molhabilidade e o contato na interface NiOx/perovskita, promovendo uma nucleação mais uniforme da perovskita. A coordenação do Me-4PACz suprime a formação de chumbo subcoordenado e outros defeitos de nível profundo próximos à superfície, reduzindo as vias de recombinação assistidas por armadilhas. O CzOTf, através de sua funcionalidade relacionada ao ânion sulfonato e da porção carbazol, emparelha-se com o ambiente químico da interface, complementando a ação do Me-4PACz, estabilizando ainda mais os estados de defeito próximos à superfície da perovskita e ajudando a neutralizar sítios de desequilíbrio de carga enterrados formados durante a operação. A bicamada melhora a extração de carga ao ajustar os níveis de energia da interface, alivia a incompatibilidade mecânica na interface NiOx/perovskita e atua como uma barreira para a migração de íons, reduzindo assim a degradação redox na junção. O contato NiOx/perovskita resultante mantém a qualidade cristalina e retarda a degradação da interface sob iluminação contínua e condições externas.