HTL sem dopantes permite eficiência de 25,9% em células solares de perovskita 2D/3D

Uma equipe global liderada pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) realizou um avanço histórico no desenvolvimento de células solares de perovskita 2D/3D, alcançando eficiência recorde e estabilidade a longo prazo. Publicado em Ciência, o estudo intitulado “Formação espontânea de fases perovskitas bidimensionais robustas” apresenta uma nova camada de transporte de lacunas (HTL) livre de dopantes que aumenta a confiabilidade da estrutura do dispositivo n-i-p.

Uma camada intermediária 2D durável para estabilidade de perovskita

Tradicionalmente, as perovskitas 2D servem como camadas de barreira para proteger suas contrapartes 3D, mas sua fragilidade frequentemente compromete a durabilidade geral da célula. O autor principal, Shaun Tan, explica que a equipe utilizou um método de solvente misto para desenvolver uma camada intermediária 2D estruturalmente robusta. Essa técnica de processamento em solução permitiu a formação de perovskitas 2D altamente cristalinas e puras, cruciais para o desempenho a longo prazo em estruturas de perovskita híbrida.

Eliminando os gatilhos de degradação

Os pesquisadores eliminaram problemas comuns de degradação evitando dopantes instáveis ​​no HTL. Em vez de aditivos tradicionais como tBP e LiTFSI, eles usaram espiro-OMeTAD não dopado. Este HTL sem dopantes aumenta a estabilidade térmica, preservando a eficiência do dispositivo. O conjunto de dispositivos inclui:

• Óxido de estanho dopado com flúor (FTO)

• SnO₂ depositado em banho químico (CBD-SnO₂)

• Perovskita FAPbI₃ 3D enriquecida com MACl, MAPbBr₃ e excesso de PbI₂

• Uma camada intermediária de perovskita 2D pura

• Spiro-MeOTAD

• Eletrodo superior de ouro (Au)

Esta célula solar de última geração demonstrou uma eficiência de conversão de energia (PCE) de 25,9%, rivalizando com os designs de pino invertido de alto desempenho.

Testes de longo prazo validam a estabilidade

Além do desempenho bruto, os dispositivos resistiram a 1.074 horas de iluminação contínua sob condições de 1,5G AM com exposição UV em um ambiente de nitrogênio, mantendo 91% de sua eficiência inicial. Este é um marco crítico para a energia fotovoltaica estável de perovskita, especialmente para aplicações comerciais que exigem longevidade.

Aplicações do mundo real no horizonte

Tan enfatizou as implicações mais amplas do estudo: "As possibilidades combinatórias para composições bidimensionais e misturas de solventes são quase infinitas. Este método pode abrir novas fronteiras na eficiência e estabilidade de células solares de perovskita."

Um esforço colaborativo global

Esta pesquisa reflete a colaboração global entre o MIT, a Universidade Sungkyunkwan (Coreia do Sul), a Universidade Marmara (Turquia), o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA.