Nova estratégia de passivação abre caminho para células solares em tandem de perovskita e silício sem chumbo

Da pv magazine Global

Pesquisadores da Universidade de Eletrocomunicação, no Japão, desenvolveram uma célula solar de perovskita de estanho com um bandgap maior que 1,6 eV que pode ser usada como camada superior em células solares em tandem de perovskita e silício sem chumbo.

Os cientistas reconheceram que a substituição do chumbo (Pb) pelo estanho (Sn) nas células solares de perovskita implica uma redução considerável na eficiência de conversão de energia e explicaram que isso depende da presença de sulfeto de estanho (IV)-sulfeto (^{Sn 4+}), que é formado pela oxidação de Sn durante a preparação da tinta de perovskita, mantendo as tintas de perovskita ou assando o filme de perovskita.

Para reduzir a presença de Sn⁴⁺ concentrado na superfície do filme de perovskita, o grupo de pesquisa adotou uma nova estratégia de passivação baseada no uso de fenilsilano (PhSiH3) como agente redutor.

“Até onde sabemos, não há relato sobre a passivação superficial com soluções orgânicas constituídas por agentes redutores”, explicou, observando que o uso do PhSiH3 resulta na formação de uma camada de siloxano, o que cria um melhor contato entre o absorvedor de perovskita de estanho hidrofílico e o buckminsterfulereno hidrofóbico (C60) usado para a camada de transporte de elétrons (ETL). “Após a passivação da superfície, o ângulo de contato tornou-se maior, demonstrando que a superfície da perovskita tornou-se mais hidrofóbica.”

Os acadêmicos construíram a célula com um substrato feito de vidro e um óxido de estanho dopado com flúor (FTO), uma camada de transporte de furo (HTL) feita com PEDOT:PSS, um polímero conhecido por seu baixo custo e propriedades de fácil preparação, um absorvedor feito de material de perovskita sem chumbo conhecido como ASnI2Br, um ETL baseado em C60, uma camada tampão de bathocuproine (BCP)  e um contato metálico de prata (Ag).

Os cientistas compararam o desempenho da célula solar com o de um dispositivo de referência que não passou pelo novo tratamento de passivação. Eles descobriram que este último alcançou uma eficiência de 3,65%, enquanto o dispositivo tratado atingiu 5,50%, o que, segundo eles, comprova a eficácia do tratamento PhSiH3.

Os resultados são explicados pelas queda mais rápida da fotoluminescência após o tratamento de superfície, menor resistência em série e maior resistência à recombinação de carga após o tratamento de superfície, observaram. “Foi provado que o PhSiH3 é eficaz para diminuir o Sn4+ acumulado nos filmes de perovskita e para conseguir um melhor contato da camada de perovskita com a camada C60”, concluíram.

O projeto da célula solar e as técnicas de passivação são descritos no artigo “Efficiency-enhancement of lead-free ASnI2Br perovskite solar cells by phenyltrihydrosilane passivation effective for Sn4+ reduction and hydrophobization“, publicado na Next Materials.