Cs2SnI6. Células solares que utilizan materiales de perovskita sin plomo

Un estudio reciente ha presentado una nueva clase de células solares que utlizan materiales de perovskita sin plomo.



cs2SnI6. Fluido de perovskita sin plomo (izquierda) y células solares orgánicas sensibilizadas con colorante (derecha).
cs2SnI6. Fluido de perovskita sin plomo (izquierda) y células solares orgánicas sensibilizadas con colorante (derecha).

Las perovskitas con base de plomo ya ganaron mucha atención como materiales prometedores para células solares de bajo costo y alta eficiencia. Sin embargo, la inestabilidad intrínseca y la toxicidad del plomo (Pb) han generado serias preocupaciones sobre la viabilidad de las perovskitas basadas en Pb. Lo que dificulta la comercialización a gran escala de células solares y dispositivos similares basados en estos materiales. Como solución alternativa, las perovskitas libres de Pb se propusieron para contrarrestar la toxicidad de aquellas a base de plomo. Aunque es de poca utilidad debido a su menor eficiencia.

Hay estudio reciente, dirigido por el Profesor Tae-Hyuk Kwon en la Escuela de Ciencias Naturales en UNIST. Y ha dado un gran paso hacia el desarrollo de una nueva generación de células solares. Utilizan perovskitas sin plomo. Con sus prometedoras propiedades electrónicas, se ha demostrado que el nuevo material de perovskita funciona como un regenerador de carga con células solares sensibilizadas por colorante. Mejora la eficiencia y la estabilidad en general. Publicados en Advanced Materials, sus hallazgos abrirán nuevas posibilidades para la aplicación de perovskitas sin plomo en células solares.

Entre las diversas alternativas, el equipo de investigación utilizó la doble perovskita a base de cesio-estaño (Cs2SnI6).

A pesar de su perspectiva prometedora, los estados superficiales de Cs2SnI6 y su función siguen siendo en parte poco claros. Por lo tanto, es necesario un estudio exhaustivo para aclarar estas características de Cs2SnI6. Para conseguir un diseño futuro de dispositivos basados en Cs2SnI6.

A través de este trabajo, el equipo examinó el mecanismo de transferencia de carga de Cs2SnI6. El objetivo buscó aclarar la función de su estado superficial. Para ello, se desarrolló un sistema de 3 electrodos para observar la transferencia de carga a través del estado superficial. La voltamperometría cíclica y los análisis de Mott-Schottky también se utilizaron para probar el estado de la superficie de Cs2SnI6, cuyo potencial está relacionado con su brecha energética.

Su análisis demostró que el estado de la superficie de Cs2SnI6 es altamente redox avita. Y puede ser cargada/descargada efectivamente en presencia de mediadores de yoduro redox. Además, la preparación de un sistema regenerador de carga basado en Cs2SnI6 confirmó que la transferencia de carga se produjo a través del estado de superficie del material.

“En el caso de Cs2SnI6, la transferencia de carga se produjo a través del estado de la superficie de Cs2SnI6. Esto ayudará en el diseño de futuros dispositivos electrónicos y de energía, utilizando perovskitas libres de Pb”.

HyeonOh Shin en la MS/Ph.D combinada en Química en la UNIST

Basándose en esta estrategia, el equipo de investigación diseñó células solares híbridas.

Utilizaron un regenerador de carga basado en Cs2SnI6 para células solares sensibilizadas con tinte orgánico (DSSC). Dichas células solares generan corriente eléctrica en el proceso donde el tinte orgánico oxidado regresa a su estado original.

“Existe un alto volumen de cargas eléctricas en los tintes orgánicos que muestran una alta conectividad con el estado de la superficie de Cs2SnI6. Debido a esto se generó más corriente eléctrica. En consecuencia, Cs2SnI6 muestra una transferencia de carga eficiente con un nivel aceptor de carga termodinámicamente favorable. Logrando una mejora del 79% en la densidad de la corriente fotoeléctrica en comparación con la de un electrolito líquido convencional”.

Byung-Man Kim en el Departamento de Química del UNIST, otro autor principal de este estudio

Este estudio ha atraído una considerable atención entre los investigadores. Ya que examinó el mecanismo de transferencia de carga de Cs2SnI6 con el objetivo de aclarar la función de su estado de superficie. Sus resultados sugieren que el estado de la superficie de Cs2SnI6 es la principal vía de transferencia de carga en presencia de un mediador redox. Y debe considerarse en futuros diseños de dispositivos basados en este material.


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