Diseño de celdas solares de perovskitas bidimensionales con eficiencia y estabilidad mejorada
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.20210424Palabras clave:
perovskitas de haluro metal bidimiensionales, celdas solares, estabilidad, cationes orgánicosResumen
Las celdas solares de Perovskita han atraído la atención de la comunidad científica en los últimos años debido a los avances significativos en su eficiencia. Sin embargo, su estabilidad es todavía un problema que limita el avance de esta tecnología. En este trabajo se presenta la fabricación y caracterización de pervoskitas bidimiensionales pertenecientes a la familia Ruddlesden-Poppery (A)2(MA)n−1PbnI3n+1 (se estudiaron 3 cationes grandes en la posición A: n-propilamonio, t-Butilamonio o Bencilamonio). La modulación de estos cationes que promueven la formación de una estructura bidimensional, generó un incremento en el bandgap de los materiales, así como una mejora en su estabilidad térmica y a la humedad. Aunque naturalmente la introducción de estos cationes genera una disminución en las propiedades de transporte, reduciendo la corriente de los dispositivos, se lograron obtener dispositivos con eficiencias de 10,35% para (BUA)2(MA)2Pb3I10, que, presentando una estabilidad mejorada, lograron retener el 68% de valor inicial luego de 1700h sin encapsulamiento.
Descargas
Citas
A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, and T. Miyasaka, “Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells,” Journal of the American Chemical Society, vol. 131, no. 17, Apr. 14, 2009. [Online]. Available: https://doi.org/10.1021/ja809598r
X. Li and et al., “A vacuum flash–assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells,” Science, vol. 353, no. 6294, Jul. 01, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1126/science.aaf8060
M. Park, J. S. Park, I. K. Hanb, and J. Y. Oh, “High-performance flexible and air-stable perovskite solar cells with a large active area based on poly(3-hexylthiophene) nanofibrils,” Journal of Materials Chemistry A, vol. 4, no. 29, Jun. 23, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1126/science.aaf8060
M. M. Lee1, J. Teuscher1, T. Miyasaka, T. N. Murakami, and H. J. Snaith, “Efficient hybrid solar cells based on meso-superstructured organometal halide perovskites,” Science, vol. 338, no. 6107, Nov. 02, 2012. [Online]. Available: https://doi.org/10.1126/science.1228604
W. Chen and et al., “Hybrid interfacial layer leads to solid performance improvement of inverted perovskite solar cells,” Energy & Environmental Science, vol. 8, no. 2, Dec. 03, 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.1039/C4EE02833C
C. S. Jiang and et al., “Carrier separation and transport in perovskite solar cells studied by nanometre-scale profiling of electrical potential,” Nature Communications, vol. 6, no. 8397, Sep. 28, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1038/ncomms9397
H. S. Jung and N. G. Park, “Perovskite solar cells: From materials to devices,” Small, vol. 11, no. 1, Jan. 07, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1002/smll.201402767
T. Baikie and et al., “Synthesis and crystal chemistry of the hybrid perovskite (ch3nh3)pbi3 for solid-state sensitised solar cell applications,” Journal of Materials Chemistry A, vol. 1, no. 18, Mar. 12, 2013. [Online]. Available: https://doi.org/10.1039/C3TA10518K
S. D. Stranks and et al., “Electron-hole diffusion lengths exceeding 1 micrometer in an organometal trihalide perovskite absorber,” Science, vol. 342, no. 6156, Oct. 18, 2013. [Online]. Available: https://doi.org/10.1126/science.1243982
S. Guarnera and et al., “Improving the long-term stability of perovskite solar cells with a porous al2o3 buffer layer,” The Journal of Physical Chemistry Letters, vol. 6, no. 3, Jan. 13, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1021/jz502703p
K. Wang, Z. Liang, X. Wang, and X. Cui, “Lead replacement in ch3nh3pbi3 perovskites,” Advanced Electronic Materials, vol. 1, no. 10, Aug. 22, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1002/aelm.201500089
G. E. Eperon and et al., “Formamidinium lead trihalide: a broadly tunable perovskite for efficient planar heterojunction solar cells,” Energy & Environmental Science, vol. 7, no. 3, Jan. 06, 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.1039/C3EE43822H
G. Gordillo, O. Virgüez, C. Otálora, C. Calderón, and C. Quiñones, “Synthesis and optimization of properties of thin films of fax(ma1-X)pbi3 grown by spin coating with perovskite structure to be used as active layer in hybrid solar cells,” Revista UIS Ingenierías, vol. 19, no. 1, Nov. 27, 2010. [Online]. Available: https://doi.org/10.18273/revuin.v19n1-2020008
V. M. Goldschmidt, “Die gesetze der krystallochemie,” Naturwissenschaften, vol. 14, May. 1926. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/BF01507527
T. J. Jacobsson, M. Pazoki, A. Hagfeldt, and T. Edvinsson, “Goldschmidt´s rules and strontium replacement in lead halogen perovskite solar cells: Theory and preliminary experiments on ch3nh3sri3,” The Journal of Physical Chemistry C, vol. 119, no. 46, Oct. 26, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b06436
D. H. Cao, C. C. Stoumpos, O. K. Farha, J. T. Hupp, and M. G. Kanatzidis, “2d homologous perovskites as light-absorbing materials for solar cell applications,” Journal of the American Chemical Society, vol. 137, no. 24, May. 28, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1021/jacs.5b03796
H. Tsai and et al., “High-efficiency two-dimensional ruddlesden–popper perovskite solar cells,” Nature, vol. 536, Jul. 06, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1038/nature18306
I. C. Smith, E. T. Hoke, D. Solis, M. D. McGehee, and H. I. Karunadasa, “A layered hybrid perovskite solar cell absorber with enhanced moisture stability,” Angewandte, vol. 126, no. 42, Oct. 13, 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.1002/ange.201406466
D. Ramírez and et al., “Layered mixed tin–lead hybrid perovskite solar cells with high stability,” ACS Energy Letters, vol. 3, no. 9, Aug. 25, 2018. [Online]. Available: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b01411
Y. Dong, D. Lu, Z. Xu, H. Lai, and Y. Liu, “2-thiopheneformamidinium-based 2d ruddlesden-popper perovskite solar cells with efficiency of 16.72% and negligible
hysteresis,” Advanced Energy Materials, vol. 10, no. 28, Jun. 05, 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1002/aenm.202000694
J. Ciro and et al., “Self-functionalization behind a solution-processed niox film used as hole transporting layer for efficient perovskite solar cells,” ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 9, no. 14, Mar. 28, 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.1021/acsami.6b15975
G. Kieslich, S. Sun, and A. K. Cheetham, “An extended tolerance factor approach for organic–inorganic perovskites,” Chemical Science, vol. 6, Apr. 14, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1039/C5SC00961H
R. L. Milot and et al., “Charge-carrier dynamics in 2d hybrid metal–halide perovskites,” Nano Letters, vol. 16, no. 11, Sep. 30, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b03114
J. C. Blancon and et al., “Extremely efficient internal exciton dissociation through edge states in layered 2d perovskites,” Science, vol. 355, no. 6331, Mar. 24, 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.1126/science.aal4211
O. D. Miller, E. Yablonovitch, and S. R. Kurtz, “Strong internal and external luminescence as solar cells approach the shockley-queisser limit,” IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 2, no. 3, Jun. 06, 2012. [Online]. Available: https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2012.2198434
A. M. A. Leguy, “Reversible hydration of ch3nh3pbi3 in films, single crystals, and solar cells,” Chemistry and Materials, vol. 27, no. 9, Apr. 05, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b00660
J. W. Lee, D. J. Seol, A. N. Cho, and N. G. Park, “High-efficiency perovskite solar cells based on the black polymorph of hc(nh2)2pbi3,” Advanced Materials, vol. 26, no. 29, Aug. 06, 2014. [Online]. Available: https://doi.org/10.1002/adma.201401137
J. W. Lee and et al., “Formamidinium and cesium hybridization for photo and moisture stable perovskite solar cell,” Advanced Energy Materials, vol. 5, no. 20, Oct. 21, 2015. [Online]. Available: https://doi.org/10.1002/aenm.201501310
S. Chen and G. Shi, “Two dimensional materials for halide perovskite based optoelectronic devices,” Advanced Materials, vol. 29, no. 24, Mar. 03, 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.1002/adma.201605448
G. E. Eperon and D. S. Ginger, “Perovskite solar cells: Different facets of performance,” Nature Energy, vol. 1, no. 16109, Jul. 04, 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1038/nenergy.2016.109
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2021 Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Los artículos disponibles en la Revista Facultad de Ingeniería, Universidad de Antioquia están bajo la licencia Creative Commons Attribution BY-NC-SA 4.0.
Eres libre de:
Compartir — copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato
Adaptar : remezclar, transformar y construir sobre el material.
Bajo los siguientes términos:
Reconocimiento : debe otorgar el crédito correspondiente , proporcionar un enlace a la licencia e indicar si se realizaron cambios . Puede hacerlo de cualquier manera razonable, pero no de ninguna manera que sugiera que el licenciante lo respalda a usted o su uso.
No comercial : no puede utilizar el material con fines comerciales .
Compartir igual : si remezcla, transforma o construye a partir del material, debe distribuir sus contribuciones bajo la misma licencia que el original.
El material publicado por la revista puede ser distribuido, copiado y exhibido por terceros si se dan los respectivos créditos a la revista, sin ningún costo. No se puede obtener ningún beneficio comercial y las obras derivadas tienen que estar bajo los mismos términos de licencia que el trabajo original.
Twitter