Puntos cuánticos dopados con magnesio aumentan la estabilidad de las células solares de perovskita orgánica/en tándem orgánico
Caracterizaciones de perovskita CSPBI2BR en contactos ETL de fondo modulado. A, perfiles de profundidad TOF-SIMS de PEROVSKITE CSPBI2BR en sustrato FTO recubierto de M-SQDS. PVK, película de perovskite. B, resuelto en el tiempo los espectros de absorción UV-vis de la cristalización de perovskita CSPBI2BR en contactos ETL de fondo modulado. C, absorbancia resuelta en el tiempo a la longitud de onda de 500 nm para muestras. D-F, SEM de PEROVSKITE CSPBI2BR en SQDS (izquierda) y M-SQD (derecha) recubierto de FTO (D), Mapeo PL (E) y Giwaxs de CspBi2Br perovskite en SQDS (izquierda) y M-SQD (derecha) FTO (F) de CSPBI2BR PEROVSKITE EN sustrato. G, perfiles de intensidad GIWAXS a lo largo de la dirección QZ de las películas de perovskite. Las barras de color indican la intensidad de la señal GIWaxs. H, el polo azimutal de intensidad (f) a lo largo del plano (110). Los (110) aviones estaban equipados con el método de distribución gaussiana. Crédito: Nature Energy (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01742-8
Las soluciones fotovoltaicas (PV), que están diseñadas para convertir la luz solar en energía eléctrica, se están generalizando cada vez más en todo el mundo. En las últimas décadas, los ingenieros especializados en soluciones de energía han estado tratando de identificar nuevos diseños de células solares y materiales fotovoltaicos que podrían lograr una eficiencia de conversión de energía aún mejor, al tiempo que conservan su estabilidad y operando de manera confiable durante largos períodos de tiempo.
Las muchas soluciones fotovoltaicas emergentes que han demostrado ser particularmente prometedoras incluyen células solares en tándem basadas en las perovskitas (una clase de materiales con una estructura cristalina característica) y materiales orgánicos. Las células solares en tándem de perovskita/orgánicos podrían ser más asequibles que las células solares existentes basadas en silicio, al tiempo que producen una mayor eficiencia de conversión de energía.
Estas células solares se fabrican utilizando perovskitas de BandGAP de banda ancha, que tienen una banda de banda electrónica superior a 1.6 electronvoltios (EV) y, por lo tanto, pueden absorber fotones de mayor energía. A pesar de su capacidad mejorada para absorber partículas de luz de alta energía, estos materiales tienen limitaciones significativas, que generalmente afectan negativamente la estabilidad de las células solares.
Los investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong recientemente idearon una nueva estrategia para mejorar la estabilidad y la eficiencia de las células solares en tándem de perovskita/orgánico. Esta estrategia, esbozada en un documento en la energía de la naturaleza, se basa en el uso de puntos cuánticos óxido de estaño dopados con magnesio ácido.
“Las perovskitas de BandGAP ancho en las células solares de perovskita monolítica/en tándem orgánico enfrentan desafíos como la cristalización no regulada, las trampas de defectos severos, la mala alineación energética y las transiciones de fase indeseables, principalmente debido a un contacto interfacial infantil hábil”, escribió Yu Han, Jiehahaha Fu y sus colegas en sus trabajos en sus documentos.
“Estos problemas conducen a la pérdida de energía y la degradación del dispositivo. En este artículo, sintetizamos los puntos cuánticos de óxido de estaño dopados con magnesio ácido para modular el contacto de la interfaz inferior en las células solares de perovskita CSPBI2BR de banda ancha”.
Propiedades de M-SQD ácidos con características ajustables y cálculo teórico de DFT. Crédito: Nature Energy (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01742-8
Los puntos cuánticos son partículas de semiconductores a nanoescala que exhiben propiedades ópticas y electrónicas únicas. Los investigadores sintetizaron puntos cuánticos dopados con magnesio ácido y luego los usaron para mejorar la conexión entre la capa de perovskita y el material subyacente en las células solares de perovskita/orgánica.
“Este diseño equilibra las propiedades físicas, químicas, estructurales y energéticas, los defectos pasivadores, la optimización de la alineación de la banda de energía, la mejora del crecimiento de la película de perovskita y la inestabilidad mitigante”, escribieron los investigadores. “También dilucidamos el mecanismo de inestabilidad causado por el contacto inferior de óxido de estaño basado en alcalino, enfatizando el impacto de las propiedades ácidas/base de la solución de óxido de estaño en la estabilidad y el rendimiento del dispositivo”.
Los investigadores utilizaron su nueva estrategia de diseño basada en puntos cuánticos para crear una célula solar CSPBI2BR de banda ancha y luego probaron el rendimiento de esta célula en una serie de pruebas. Sus resultados fueron prometedores, ya que su enfoque arrojó buenas eficiencias de conversión de energía, al tiempo que aumentó la estabilidad de la célula solar en una variedad de condiciones ambientales.
“La célula solar CSPBI2BR de banda ancha logra una eficiencia de conversión de potencia del 19.2% con un voltaje de circuito abierto de 1.44 V”, escribieron los investigadores. “La célula solar en tándem de perovskita/orgánico demuestra una eficiencia del 25.9% (certificada al 25.1%), con una mejor estabilidad en diversas condiciones”.
El trabajo reciente de Han, Fu y sus colaboradores podrían contribuir al avance de las células solares en tándem de perovskita/orgánico, lo que puede facilitar su despliegue generalizado futuro. La estrategia cuántica basada en puntos que desarrollaron pronto podría mejorarse aún más y aplicarse a células solares similares basadas en otros materiales.
Más información: Yu Han et al, pinovskita inorgánica/células solares en tándem orgánica con una eficiencia certificada del 25.1% a través de la modulación de contacto inferior, la energía de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01742-8
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Cita: los puntos cuánticos dopados con magnesio aumentan la estabilidad de las células solares de perovskita en tándem orgánico (2025, 27 de marzo) Recuperado el 27 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-magnesio-quantum-dots-boost.html
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