Un equipo de investigadores, afiliado a UNIST ha creado un nuevo electrodo que podría mejorar en gran medida la estabilidad de las células solares de perovskita (PSC), el candidato más prometedor para las células solares de próxima generación debido a su bajo costo y alta eficiencia de conversión de energía. Esto se debe a que la inserción de una capa de protección entre el electrodo a base de metal y la película de perovskita puede evitar la degradación inducida por el metal y que el grafeno, como tal capa, Puede suprimir eficazmente la difusión de metales e iones de haluro.

Este avance fue dirigido por el profesor Hyesung Park y su equipo de investigación en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST. En su trabajo, El equipo de investigación desarrolló una plataforma de electrodos híbridos basada en rejilla metálica flexible mediante el uso de una película de poliimida (CEP) incrustada en rejilla de Cu con una lámina de grafeno como capa de protección (GCEP), que exhibió alta conductividad eléctrica, excelente estabilidad química y durabilidad mecánica. El desarrollo demuestra el papel fundamental del grafeno como capa protectora para prevenir la degradación inducida por metales y la difusión de haluros entre el electrodo y la capa de perovskita.

Los electrodos a base de óxido de metal (ITO) se han utilizado como electrodos conductores transparentes convencionales, pero su inflexibilidad hace que se rompan o fracturen fácilmente, por lo tanto, no son adecuados para aplicaciones de dispositivos portátiles. En particular, El principal obstáculo para la aplicación de electrodos conductores transparentes (TCE) a base de metal en los PSC es la degradación inducida por la interdifusión de metales y iones de haluro entre el electrodo metálico y la capa de perovskita.

Los investigadores resolvieron el problema insertando una hoja de grafeno como capa de protección en la interfaz entre el electrodo metálico y la capa de perovskita. El grafeno tiene una alta conductividad eléctrica, lo que permite que los electrones se muevan fácilmente a través de él. Sin embargo, la excelente impermeabilidad del grafeno evita la penetración incluso de la molécula más pequeña.

"El grafeno puede ser una barrera de difusión eficaz si se combina con nanoestructuras metálicas que tengan una impermeabilidad excepcional a la difusión de iones de haluro y metal en la interfaz de la capa de electrodo metálico / perovskita, colección de carga mejorada a través de los espacios vacíos de las nanoestructuras metálicas, mínima pérdida de transmitancia óptica como capa de protección debido a su alta transparencia óptica, y mejora de la durabilidad mecánica del electrodo híbrido, "señaló el equipo de investigación.

Los investigadores utilizaron este electrodo híbrido transparente y flexible para fabricar PSC de metal flexible basados ​​en TCE, logrando una buena estabilidad química y mecánica. Este dispositivo alcanzó un PCE alto (16,4%) comparable al de su homólogo rígido basado en ITO (17,5%). También verificaron el papel de la capa de grafeno para garantizar la estabilidad química de las células solares al evitar la interdifusión de iones de metales y haluros. Además, el electrodo GCEP mejoró la fotoestabilidad del PSC al bloquear la luz ultravioleta (UV) y la luz ultravioleta cercana. También mantuvo más del 97,5% de la eficiencia inicial incluso después de 1, 000 horas. Además, después de 5, 000 ensayos de flexión, mostró una excelente durabilidad mecánica como mantener el 94% de la eficiencia inicial, y, por lo tanto, era aplicable a los dispositivos portátiles de próxima generación.

"Este artículo demuestra que la inserción de una capa de protección entre el electrodo a base de metal y la película de perovskita podría prevenir la degradación inducida por el metal y que el grafeno, como tal capa, Puede suprimir eficazmente la difusión de metales y iones de haluro, "dice Gyujeong Jeong (programa combinado de maestría y doctorado en ingeniería energética y química, UNISt), el primer autor del estudio.

"El nuevo método ha mejorado significativamente tanto la eficiencia como la estabilidad de los PSC, ", dice el profesor Park." Este trabajo proporciona una estrategia eficaz para diseñar plataformas TCE asistidas por metal sin ITO mecánicas y químicamente robustas en PSC ".