Célula solar de perovskita invertida com óxidos de estanho dopados com antimônio atinge eficiência de 25,7%

Da pv magazine Global

Um grupo de pesquisa internacional liderado pela Universidade Nacional de Cingapura (NSU) fabricou uma célula solar de perovskita invertida colocando óxidos de estanho dopados com antimônio tipo P (ATOx) combinados com carbazol substituído com metil (Me-4PACz) como uma camada intermediária entre o absorvedor de perovskita e a camada transportadora de buracos (HTL).

“O ATOx é robusto e capaz de evitar as típicas reações de desprotonação interfacial observadas na interface óxidos de níquel (NiOx)/perovskita, formando assim uma interface quimicamente estável com a perovskita”, disse o autor correspondente da pesquisa, Hou Yi, à pv magazine. “O ATOx suprime efetivamente a recombinação não radiativa e aumenta a vida útil do transportador na perovskita. Além disso, melhora o transporte dos transportadores na interface ATOx/perovskita devido à sua condutividade superior.”

As células de perovskita invertida têm uma estrutura de dispositivo conhecida como “p-i-n”, na qual o contato seletivo de furo p está na parte inferior da camada intrínseca de perovskita I com a camada de transporte de elétrons N no topo. As células convencionais de perovskita haleto têm a mesma estrutura, mas invertida, um layout “n-i-p”. Na arquitetura “pin”, a célula solar é iluminada através do lado da camada de transporte de elétrons (ETL); na estrutura “nip” convencional, ele é iluminado através da superfície da camada de transporte de furos (HTL).

Os cientistas construíram a célula com um substrato de óxido de índio e estanho (ITO), um HTL feito de Me-4PACz, a camada intermediária ATOx, o absorvedor de perovskita, uma camada tampão de batocuproína (BCP) e um contato metálico de prata (Ag). As nanopartículas ATOx utilizadas na célula tinham um tamanho de cristal de cerca de 10 nm e a camada ATOx resultante tinha uma espessura de cerca de 20 nm.

O grupo ressaltou que o ATOx apresentou transmitâncias mais altas de 300 nm a 900 nm e um bandgap óptico de 4,46 eV, que, segundo eles, é próximo ao do composto mais comum utilizado em HTLs – óxido de níquel (II) (NiOx). “As medições de microscopia de força de sonda Kelvin (KPFM) revelam que tanto o ATOx quanto o NiOx modificados por Me-4PACz compartilham a mesma função de trabalho”, explicou ainda, referindo-se a uma camada intermediária de referência que eles desenvolveram para uma célula de referência.

Testada sob condições de iluminação padrão, a célula solar alcançou uma eficiência de conversão de energia de 25,7% para uma área de 0,05 cm2 e 24,6% para uma área de 1 cm2. Para ambos os dispositivos, a eficiência certificada em estado estacionário foi de 24,8% e 24,0%, respectivamente. Estes valores ficaram significativamente acima dos alcançados pela célula de benchmark baseada em NiOx.

Os dispositivos invertidos baseados em ATOx também foram capazes de reter cerca de 90% da eficiência inicial por 2.000 horas e cerca de 93% por 500 horas.

“Dispositivos que utilizam ATOx reduzem efetivamente a disparidade de eficiência entre células de perovskita de pequenas e grandes áreas”, disse Yi. “O ATOx oferece uma combinação de alta eficiência, estabilidade e escalabilidade como material de transporte de furos, superior ao NiOx comumente usado.”

O grupo de pesquisa descreveu o novo conceito de célula no estudo “Enhancing the efficiency and longevity of inverted perovskite solar cells with antimony-doped tin oxides”, publicado na Nature Energy.