Transportador de agujeros puramente orgánico
Las capas orgánicas sin dopaje y estables a la humedad dan a las células solares de la perovskita una eficiencia del 21%.
Las células solares perovskitas, duraderas y de alto rendimiento, también requieren capas de transporte de carga duraderas y de alto rendimiento. Los científicos han desarrollado el primer transportador orgánico de agujeros que no necesita un dopante para lograr una alta movilidad de carga y estabilidad. Según el estudio publicado en la revista Angewandte Chemie, esta novedosa capa transportadora de agujeros supera a los materiales de referencia y protege la célula orgánica de la perovskita de la humedad del aire.
© Wiley-VCH
En las células solares de perovskita, la capa de absorción de luz de la perovskita se encuentra entre dos capas transportadoras de carga, que recogen los agujeros y electrones generados y los transportan a los electrodos. Estas capas de transporte de carga aumentan la eficiencia de conversión de energía de las células y son críticas para mantener la estabilidad del aire.
Los transportadores de agujeros de última generación consisten en un material orgánico llamado spiro-OMeTAD. Sin embargo, para promover la movilidad suave de los transportadores de carga, necesitan aditivos higroscópicos como dopantes, que reducen la estabilidad de las perovskitas en el aire húmedo.
Yongzhen Wu y sus colegas de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China Oriental están explorando compuestos planos, aromáticos y que contienen nitrógeno, llamados quinoxalinas, como transportadores de agujeros. Los científicos prepararon dos novedosas quinoxalinas que contenían entidades adicionales portadoras de azufre llamadas tiofenos. La idea era que los niveles de energía de las estructuras que contenían tiofenos coincidieran con los de la capa de perovskita y permitieran una extracción eficiente de los agujeros.
En una de las quinoxalinas, los tiofenos podían girar más o menos libremente, mientras que en la otra, los tiofenos estaban fusionados y no podían girar. Ambas quinoxalinas formaban delgadas películas cristalinas, que eran buenos extractores de agujeros, pero sólo las que tenían los anillos de tiofeno fusionados también formaban capas cristalinas bien apiladas.
Los científicos observaron una eficiencia de conversión de energía de más del 21% para las células solares de perovskita que contenían el nuevo material transportador de agujeros. Estas células superaron a las células de referencia que contenían la espiro-OMeTAD dopada.
Los autores también descubrieron que los dispositivos fabricados con el nuevo material eran más duraderos que los que contenían los materiales de referencia dopados. Los dispositivos sin dopante "mantuvieron un aspecto oscuro y brillante uniforme en un plazo de 30 días", escribieron los científicos, mientras que los dispositivos dopados que contenían espiro-OMeTAD "aparentemente se desvanecieron".
Las células solares de perovskita que contienen quinoxalina también resistieron al aire húmedo, mientras que el rendimiento de las células de referencia disminuyó rápidamente. Los investigadores llegaron a la conclusión de que el nuevo material no sólo permite la extracción de agujeros y el transporte, sino que también protege de la humedad a la célula solar de perovskita.
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