La vida útil de las células solares de perovskita se mejora significativamente mediante el uso de escamas de MoS2 de pocas capas como una capa de interfaz de amortiguación activa. Los investigadores del Graphene Flagship muestran que la ingeniería de interfaz con materiales en capas es importante para aumentar el rendimiento de las células solares.
Investigadores de Graphene Flagship, que trabajan en el Istituto Italiano di Tecnologia IIT y la Universidad de Roma Tor Vergata, han mejorado significativamente la estabilidad de las células solares de perovskita PSC al incluir escamas de disulfuro de molibdeno MoS2 de pocas capas comouna capa de amortiguación activa en el diseño de la celda. Estas PSC retienen el 93% de la eficiencia de conversión de luz inicial después de 550 h, en comparación con solo el 66% para las células sin la capa de amortiguación MoS2. Esto representa un paso importante hacia PSC viables, especialmente como la adiciónde la capa de interfaz MoS2 es compatible con técnicas de procesamiento de soluciones de bajo costo.
MoS2 es un material semiconductor que tiene una estructura en capas y se puede exfoliar en escamas de pocas capas. En esta investigación, se agregaron escamas de 200-600 nm de ancho de MoS2 de pocas capas en el dispositivo de células solares como una capa de protección enentre la perovskita fotoactiva y las capas de recolección de agujeros, que ofrecen una alta estabilidad y un mayor rendimiento fotovoltaico. Publicado en Advanced Energy Materials Volume 6 Issue 16, esta investigación ejemplifica el uso de materiales en capas en la ingeniería de interfaces para aumentar el rendimiento de los dispositivos de heteroestructura apilados.
El crecimiento sin precedentes en el uso de energía en los últimos años, así como los problemas ambientales derivados del uso de fuentes de generación de energía más tradicionales, significa que encontrar métodos altamente eficientes y amigables con el medio ambiente para generar y almacenar energía es de suma importancia ".Graphene Flagship está invirtiendo significativamente en el desarrollo de tecnologías basadas en grafeno y cristales en capas para la conversión y el almacenamiento de energía ", dice el Dr. Vittorio Pellegrini IIT, presidente de la Junta Ejecutiva de Graphene Flagship y coautor del artículo".El trabajo es una demostración más del gran potencial de los materiales en capas para las células fotovoltaicas orgánicas de próxima generación ", agrega.
Actualmente, la energía solar es una fuente de energía importante, debido a la abundancia de energía solar disponible, su bajo impacto ambiental y sus bajos costos de funcionamiento. Dr. Gerard Gebel Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica, que encabeza la División Insignia enEnergy, Composites and Production así como Work Package 11 - Energy Generation, describe los objetivos del Graphene Flagship para el desarrollo de tecnologías energéticas basadas en materiales en capas: "The Work Package Energy Generation tiene como objetivo demostrar las ventajas del uso de grafeno ymateriales en capas relacionados en términos de rendimiento, vida útil y reducción de costos en celdas de combustible y sistemas fotovoltaicos. El desafío clave es obtener mejoras suficientes para compensar los costos adicionales, ya que las celdas de combustible y las celdas solares son tecnologías maduras ". Estas tecnologías solares de próxima generación debenmejorar significativamente antes de que puedan reemplazar las células solares comerciales basadas en silicio.
"Las células solares de Perovskita han demostrado una gran promesa de alto rendimiento y alta eficiencia en solo unos pocos años de investigación. Sin embargo, la estabilidad de tales dispositivos fotovoltaicos debe abordarse si esta tecnología se va a comercializar en un futuro próximo", diceEl Dr. Francesco Bonaccorso IIT, coautor de esta investigación, explica la motivación detrás del estudio: "La explotación de cristales en capas podría ser una ruta valiosa para aumentar tanto la eficiencia como la estabilidad de los PSC".
Para las tecnologías de energía limpia, la alta eficiencia, el bajo costo y la larga vida útil del dispositivo son consideraciones importantes para la comercialización y la amplia adopción. Los materiales de perovskita son prometedores para su uso en células solares, debido a su alta fotoactividad y eficiencia de conversión de energía luminosa. Desafortunadamente, elLa eficiencia del rendimiento se degrada bruscamente durante la operación y el almacenamiento, que actualmente es la principal barrera para llevar al mercado las tecnologías solares basadas en perovskita. Esta investigación indica que esta barrera podría superarse mediante la integración cuidadosa de materiales en capas en las células solares, optimizando las interfaces entrecapas activas de dispositivos para producir PSC altamente estables y de alta eficiencia.
Es importante destacar que la adición de la capa tampón MoS2 es compatible con la impresión de procesamiento de la solución y las técnicas de recubrimiento por pulverización utilizadas para fabricar los dispositivos de células solares en capas. El recubrimiento por pulverización de las escamas MoS2 no agrega pasos de fabricación complejos a la producción de PSC; para aplicaciones comerciales a gran escala, la facilidad de fabricación es importante para mantener bajos los costos. El método de recubrimiento por aspersión también es directamente compatible con la fabricación en grandes áreas, lo cual es crucial para una tecnología de energía limpia viable y escalable. Las celdas de 1.05 cm2demostrado en el artículo muestra que las células solares de alta estabilidad también se pueden fabricar en formatos de área grande, una necesidad para la aplicación en el mundo real.
La capa tampón MoS2 actúa de dos maneras para mantener estable la alta eficiencia de conversión solar a lo largo del tiempo. En primer lugar, el MoS2 proporciona una interfaz efectiva entre la perovskita y la capa de transporte del pozo, debido a su alta movilidad del pozo y a la buena combinación de energía con elperovskita. Esto conduce a la alta eficiencia inicial de la célula, al reducir la recombinación de los electrones y agujeros generados por la conversión de luz en la perovskita. En segundo lugar, el tampón MoS2 prolonga la vida útil de la capa de perovskita al evitar la degradación y la migración de ionesEl electrodo. Esto también protege contra el contacto eléctrico directo con el electrodo de oro que recoge la fotocorriente, asegurando que la alta eficiencia se mantenga con el tiempo.
Esta investigación apunta a excelentes oportunidades para utilizar materiales en capas para aumentar el rendimiento de la generación de energía renovable. Al aumentar la estabilidad y la vida útil de las perovskitas, el objetivo de los PSC viables está un paso más cerca. Prof. Aldo Di Carlo Universidad de Roma TorVergata, quien también fue coautor de la investigación, espera con interés las mejoras que se derivarán de este enfoque: "La ingeniería de interfaz con materiales en capas es una nueva estrategia para dominar el transporte de carga y la recombinación en PSC, lo que lleva a un mejor rendimiento fotovoltaico".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por buque insignia de grafeno . Original escrito por Sophia Lloyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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