Cientistas do NREL e da Universidade de Louisville desenvolveram uma célula solar de perovskita invertida com uma camada de transporte de elétrons (ETL) baseada em nanopartículas de óxido de estanho dopado com ítrio (SnO2).
“A célula é adequada para produção, e há uma startup de Louisville – SoFab Inks – que está fazendo exatamente isso”, disse o pesquisador Thad Druffel à pv magazine. “Recebeu US$ 200.000 [do Departamento de Energia dos EUA] no desafio de inicialização solar de perovskita.”
Os pesquisadores disseram que os ETLs baseados em SnO2 oferecem processabilidade de solução de baixa temperatura, boa fotoestabilidade, alta estabilidade química, alta condutividade eletrônica, boa transparência óptica, banda larga larga e alinhamento de banda favorável com perovskitas.
“Além disso, o intervalo de banda óptica amplo e sintonizável e a banda de condução profunda (-4,3 eV) do SnO2 resultam em injeção de carga ideal”, disseram eles.
Eles sintetizaram as nanopartículas de SnO2 dopadas com ítrio para melhorar suas propriedades eletrônicas, mantendo as condições de baixa temperatura necessárias para a fabricação de células de perovskita em substratos feitos de tereftalato de polietileno (PET).
A célula tem uma arquitetura p-i-n e uma área ativa de 0,1 cm². Baseia-se em um substrato flexível feito de PET e óxido de índio e estanho (ITO), uma camada de transporte de furos (HTL) feita de politriarilamina (PTAA), uma camada interfacial feita de polímero PFN, o absorvedor de perovskita, o dopado com ítrio Sno2 ETL, uma camada tampão de BCP e um contato metálico de prata (Ag).
“As camadas de PTAA, PFN, perovskita e SnO2 foram depositadas por métodos de revestimento de lâmina de uma etapa, enquanto o BCP e a prata foram depositados por evaporação térmica”, disseram os acadêmicos.
O grupo testou várias das células sob condições de iluminação padrão e descobriu que elas alcançaram uma eficiência de conversão de energia de 16,5%, uma tensão de circuito aberto de 1,08 V, uma corrente de curto-circuito de 22,40 mA/cm2 e um fator de preenchimento de 68,4 %. Como forma de comparação, um dispositivo de referência com ETL sem dopagem com ítrio atingiu uma eficiência de 14,3%, uma tensão de circuito aberto de 1,01 V, uma corrente de curto-circuito de 22,40 mA/cm2 e um fator de preenchimento de 63,3%.
Os cientistas atribuíram o aumento do desempenho da célula ao novo design SnO2 ETL.
“Este material possui custo mínimo, escalabilidade e vantagens de fabricação em relação aos ETLs orgânicos tradicionais que podem melhorar a competitividade dos módulos solares de perovskita comerciais”, concluíram.
Eles introduziram o dispositivo em “Células solares de perovskita flexíveis invertidas de alto desempenho via deposição de fase de solução de SnO2 dopado com ítrio diretamente na perovskita”, que foi publicado recentemente na Applied Energy Materials.
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