Estrategia de entrelazado in-situ mejora la estabilidad de celdas solares de perovskita

Las monocapas autoensambladas (SAMs) son películas orgánicas ultradelgadas que desempeñan un papel crucial en los dispositivos optoelectrónicos modernos, especialmente en las celdas solares de perovskita y en las celdas solares en tándem de silicio-perovskita. Sin embargo, su inestabilidad inherente a menudo compromete el rendimiento operativo del dispositivo.

En un estudio publicado en Nature, un equipo liderado por el Prof. Yang Chunlei y el Asoc. Prof. Zhang Jie del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen de la Academia China de Ciencias, junto con el Prof. Alex K.-Y. Jen de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong, desarrolló una estrategia universal de refuerzo conformacional mediante entrelazado in-situ para las moléculas SAM, abordando efectivamente los problemas de estabilidad operativa causados por la degradación de la interfaz enterrada en las celdas solares de perovskita invertidas de alta eficiencia.

Los investigadores diseñaron una nueva molécula SAM funcionalizada con azida, llamada JJ24, que presenta una longitud de cadena de carbono optimizada. Esta molécula puede mejorar la uniformidad de distribución de la molécula SAM anfitriona CbzNaph sobre el óxido conductor transparente (TCO), y puede suprimir efectivamente la formación de defectos y vacíos durante el proceso de autoensamblaje.

El grupo azida en JJ24 puede ser activado térmicamente para formar un entrelazado covalente in-situ con las cadenas de alquilo de las moléculas CbzNaph, creando una capa de co-SAM firmemente ensamblada.

Esta estructura mejora la orientación preferencial de CbzNaph y suprime la exposición de la superficie del sustrato TCO causada por el movimiento molecular bajo estrés térmico y luminoso. Así, se inhibe la degradación en la interfaz enterrada de la perovskita, y se reducen significativamente las pérdidas por recombinación no radiativa en la interfaz del dispositivo.

Utilizando esta estrategia, los investigadores fabricaron celdas solares de perovskita invertidas que lograron una eficiencia de conversión de energía (PCE) certificada del 26.9%. Los dispositivos no mostraron degradación en la eficiencia después de 1,000 horas de operación continua bajo los estándares de prueba ISOS-L-2 y retuvieron más del 98% de su PCE inicial después de 700 ciclos térmicos entre –40°C y 85°C, mostrando una estabilidad de primer nivel.

Este estudio proporciona una estrategia práctica para mejorar la estabilidad operativa de dispositivos basados en SAM de alta eficiencia sobre sustratos rugosos, con implicaciones significativas para avanzar en la comercialización de fotovoltaicas de perovskita invertidas y celdas solares en tándem basadas en perovskita de próxima generación.