Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita

Autores/as

  • Ana Itzel Santiago Mustafat Universidad Autónoma de Nuevo León
  • Arián Espinosa Roa Centro de Investigación en Química Aplicada
  • Edgar González Juárez Universidad Autónoma de Nuevo León https://orcid.org/0000-0002-8453-5146
  • Eduardo M. Sánchez Cervantes Universidad Autónoma de Nuevo León

DOI:

https://doi.org/10.29105/ingenierias24.90-9

Palabras clave:

Celdas solares, perovskitas, líquidos iónicos, capas delgadas, estabilidad

Resumen

Las celdas solares de perovskita (CSP) han cambiado el paradigma de investigación en el área de la energía fotovoltaica debido a la combinación de altas eficiencias junto con un menor costo y facilidad de fabricación. Las CSP se pueden fabricar mediante metodologías basadas en soluciones de compuestos precursores para el depósito de las películas de estructura tipo perovskita.
Entre esos compuestos se encuentran los haluros de plomo inorgánicos (Pbl2, PbCl2, PbBr2) en combinación con compuesto orgánico metilamonio (MA) que se reporta que han alcanzado hasta un 25 % de eficiencia. A pesar de ello, estos materiales presentan desventajas como la sensibilidad de la película de perovskita a la humedad del ambiente, lo que resulta un tiempo de vida de los dispositivos corto. Una alternativa para estabilizar la celda es la aplicación de aditivos, los cuales son líquidos iónicos formados por un catión y un anión con un carácter altamente hidrófobo, basados en fosfonio (tetraburoborato de tetrabutil fosfonio
(B4PBF4). El aditivo mejora significativamente la morfología de las películas, obteniendo mejoras prometedoras en la estabilidad de los dispositivos.

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Biografía del autor/a

Ana Itzel Santiago Mustafat, Universidad Autónoma de Nuevo León

Ingeniero en Nanotecnología por el Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica (ITSPR) (2019). Es estudiante de la Maestría en Ciencias con orientación en química de los materiales de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL).

Arián Espinosa Roa, Centro de Investigación en Química Aplicada

Licenciado en Química por la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Centro de Investigaciones Químicas (2006) y doctor en química organometálica por la misma institución (2013). Actualmente es investigador catedrático CONACYT, adscrito al Centro de Investigación en Química Aplicada Unidad Monterrey. Es miembro del sistema nacional de Investigadores Nivel I.

Edgar González Juárez, Universidad Autónoma de Nuevo León

Químico egresado de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM). Realizó sus estudios de maestría y doctorado en el Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CIICAp) de la UAEM. Es doctor en Ingeniería y Ciencias Aplicadas en el área de Materiales. Actualmente es profesor de Tiempo Parcial en la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel C

Eduardo M. Sánchez Cervantes, Universidad Autónoma de Nuevo León

Licenciado en Cencias químicas por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (1987) y doctor en química del estado sólido por la Universidad Estatal de Arizona (1994). Es profesor de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). Pertenece a la Academia Mexicana de Ciencias y a las Sociedades Mexicanas de Electroquímica y de los Materiales. Miembro del SNI, nivel 3.

Citas

Kim JY, Lee JW, Jung HS, Shin H, Park NG. High-Efficiency Perovskite Solar Cells. Chem Rev. 2020;120(15):7867-7918. doi:10.1021/acs.chemrev.0c00107 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00107

Dieter W. CH3NH3PbX3, ein Pb(II)-System mit kubischer Perowskitstruktur /CH3NH3PbX3 a Pb (II) (-System with Cubic Perovskite Structure. Zeitschrift für Naturforsch B. 1978;33(12):1443-1445. https://www.degruyter.com/view/journals/znb/33/12/article-p1443.xml DOI: https://doi.org/10.1515/znb-1978-1214

Mitzi DB, Wang S, Feild CA, Chess CA, Guloy AM. Conducting layered organic-inorganic halides containing ‹110›-oriented perovskite sheets. Science (80- ). 1995;267(5203):1473-1476. doi:10.1126/science.267.5203.1473 DOI: https://doi.org/10.1126/science.267.5203.1473

Son DY, Kim SG, Seo JY, et al. Universal Approach toward Hysteresis-Free Perovskite Solar Cell via Defect Engineering. J Am Chem Soc. 2018;140(4):1358-1364. doi:10.1021/jacs.7b10430 DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.7b10430

Zhang M, Bing J, Cho Y, et al. Synergistic effect of potassium and iodine from potassium triiodide complex additive on gas-quenched perovskite solar cells. Nano Energy. 2019;63. doi:10.1016/j.nanoen.2019.06.049 DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.06.049

Yang J, Chen S, Xu J, et al. A review on improving the quality of Perovskite Films in Perovskite Solar Cells via the weak forces induced by additives. Appl Sci. 2019;9(20). doi:10.3390/app9204393 DOI: https://doi.org/10.3390/app9204393

Shahiduzzaman M, Yamamoto K, Furumoto Y, Kuwabara T, Takahashi K, Taima T. Ionic liquid-assisted growth of methylammonium lead iodide spherical nanoparticles by a simple spin-coating method and photovoltaic properties of perovskite solar cells. RSC Adv. 2015;5(95):77495-77500. doi:10.1039/c5ra08102e DOI: https://doi.org/10.1039/C5RA08102E

Deng X, Xie L, Wang S, et al. Ionic liquids engineering for high-efficiency and stable perovskite solar cells. Chem Eng J. 2020;398:125594. doi:10.1016/j.cej.2020.125594 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125594

Du J, Wang Y, Zhang Y, et al. Ionic Liquid-Assisted Improvements in the Thermal Stability of CH3NH3PbI3 Perovskite Photovoltaics. Phys Status Solidi - Rapid Res Lett. 2018;12(8):1-6. doi:10.1002/pssr.201800130 DOI: https://doi.org/10.1002/pssr.201800130

Hu Z, Zheng N, Dong S, et al. Phosphonium conjugated polyelectrolytes as interface materials for efficient polymer solar cells. Org Electron. 2018;57:151-157. doi:10.1016/j.orgel.2018.03.006 DOI: https://doi.org/10.1016/j.orgel.2018.03.006

Sun C, Xue Q, Hu Z, et al. Phosphonium Halides as Both Processing Additives and Interfacial Modifiers for High Performance Planar-Heterojunction Perovskite Solar Cells. Small. 2015;11(27):3344-3350. doi:10.1002/smll.201403344 DOI: https://doi.org/10.1002/smll.201403344

Zhang F, Zhu K. Additive Engineering for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells. Adv Energy Mater. 2020;10(13):1-26. doi:10.1002/aenm.201902579 DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201902579

Wu Q, Zhou W, Liu Q, et al. Solution-Processable Ionic Liquid as an Independent or Modifying Electron Transport Layer for High-Efficiency Perovskite Solar Cells. ACS Appl Mater Interfaces. 2016;8(50):34464-34473. doi:10.1021/acsami.6b12683 DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.6b12683

Zhang W, Lei X, Liu J, et al. Efficient Charge Collection Promoted by Interface Passivation Using Amino Acid Toward High Performance Perovskite Solar Cells. Phys Status Solidi - Rapid Res Lett. 2019;13(2):1-6. doi:10.1002/pssr.201800505 DOI: https://doi.org/10.1002/pssr.201800505

Liao Y, Liu H, Zhou W, et al. Highly Oriented Low-Dimensional Tin Halide Perovskites with Enhanced Stability and Photovoltaic Performance. J Am Chem Soc. 2017;139(19):6693-6699. doi:10.1021/jacs.7b01815 DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.7b01815

Gonzalez-Juarez E, Valadez-Villalobos K, Garcia-Gutierrez DF, Garcia-Gutierrez DI, Roa AE, Sanchez E. Study on photovoltaic stability and performance by incorporating tetrabutyl phosphonium iodide into the active layer of a perovskite type photovoltaic cell. RSC Adv. 2020;10(52):31575-31585. doi:10.1039/d0ra04630b DOI: https://doi.org/10.1039/D0RA04630B

Saihara K, Yoshimura Y, Fujimoto H, Shimizu A. Detrimental effect of glass sample tubes on investigations of BF4--based room temperature ionic liquid-water mixtures. J Mol Liq. 2016;219:493-496. doi:10.1016/j.molliq.2016.03.036 DOI: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.03.036

Ullah Z, Azmi Bustam M, Man Z, Khan AS. Phosphonium-based ionic liquids and their application in separation of dye from aqueous solution. ARPN J Eng Appl Sci. 2016;11(3):1653-1659.

Mostafa MF, Atallah AS, Elessawi M. Preparation and characterization of a new series of perovskite-like structures showing evidence of structural transitions: (Methyltriphenylphosphonium)2 BX4, B = Mn, Co, Cu, and Hg, and X = Cl/I. Phase Transitions. 1998;64(4):215-227. doi:10.1080/01411599808208000 DOI: https://doi.org/10.1080/01411599808208000

Kagan CR, Mitzi DB, Dimitrakopoulos CD. Organic-inorganic hybrid materials as semiconducting channels in thin- film field-effect transistors. Science (80-). 1999;286(5441):945-947. doi:10.1126/science.286.5441.945 DOI: https://doi.org/10.1126/science.286.5441.945

Chondroudis K, Mitzi DB. Electroluminescence from an organic-inorganic perovskite incorporating a quaterthiophene dye within lead halide perovskite layers. Chem Mater. 1999;11(11):3028-3030. doi:10.1021/cm990561t DOI: https://doi.org/10.1021/cm990561t

Wang C, Zhang C, Huang Y, et al. Degradation behavior of planar heterojunction CH3NH3PbI3 perovskite solar cells. Synth Met. 2017;227:43-51. doi:10.1016/j.synthmet.2017.02.022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2017.02.022

Xia Z, Chai G, Wang Y, Zhou H. Uniform perovskite photovoltaic thin films via ultrasonic spray assisted deposition method. 2015 IEEE 42nd Photovolt Spec Conf PVSC 2015. Published online 2015:1-4. doi:10.1109/PVSC.2015.7355719 DOI: https://doi.org/10.1109/PVSC.2015.7355719

Chen LC, Weng CY. Optoelectronic Properties of MAPbI3 Perovskite/Titanium Dioxide Heterostructures on Porous Silicon Substrates for Cyan Sensor Applications. Nanoscale Res Lett. 2015;10(1):3-7. doi:10.1186/s11671-015-1114-x DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-015-1114-x

Rajendra Kumar G, Dennyson Savariraj A, Karthick SN, et al. Phase transition kinetics and surface binding states of methylammonium lead iodide perovskite. Phys Chem Chem Phys. 2016;18(10):7284-7292. doi:10.1039/c5cp06232b DOI: https://doi.org/10.1039/C5CP06232B

Jin S, Wei Y, Rong B, et al. Improving perovskite solar cells photovoltaic performance using tetrabutylammonium salt as additive. J Power Sources. 2020;450(December 2019):227623. doi:10.1016/j.jpowsour.2019.227623 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227623

Wei Y, Chu H, Tian Y, et al. Reverse-Graded 2D Ruddlesden–Popper Perovskites for Efficient Air-Stable Solar Cells. Adv Energy Mater. 2019;9(21):1-9. doi:10.1002/aenm.201900612 DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201900612

Mao L, Ke W, Pedesseau L, et al. Hybrid Dion-Jacobson 2D Lead Iodide Perovskites. J Am Chem Soc. 2018;140(10):3775-3783. doi:10.1021/jacs.8b00542 DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.8b00542

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Publicado

30-01-2021

Cómo citar

Santiago Mustafat, A. I., Espinosa Roa, A., González Juárez, E., & Sánchez Cervantes, E. M. (2021). Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita. Ingenierias, 24(90), 3–12. https://doi.org/10.29105/ingenierias24.90-9

Número

Vol. 24 Núm. 90 (2021): Enero-Junio 2021

Sección

Artículos

Licencia

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