Configuración del dispositivo base de la célula solar SB2 (S, SE) 3 y las HTL basadas en triazatruxeno propuestas. Crédito: Teoría y simulaciones avanzadas (2025) doi: 10.1002/adts.202500487
Las células solares de selenosulfuro de antimonio (SB2 (S, SE) 3) están emergiendo como un fuerte candidato para la fotovoltaica de película delgada de próxima generación debido a su banda de banda sintonizable, una fuerte absorción óptica y composición de elementos no tóxicos abundantes de la tierra.
Sin embargo, uno de los principales obstáculos para lograr una mayor eficiencia ha sido la falta de HTL estables, escalables y rentables. Spiro-Emitad sigue siendo el HTL más utilizado, pero su alto costo y su escalabilidad limitada restringen su uso en aplicaciones a gran escala.
Para abordar esta limitación, mi equipo de investigación en la Universidad Autónoma de Querétaro, México, investigó cinco HTL basados en triazatruxeno, a saber, CI-B2, CI-B3, TAT-H, TAT-TY1 y TAT-TY2 dentro de la arquitectura de células solares SB2 (S, SE) 3. Estos materiales no se habían estudiado previamente en este sistema.
Usando la plataforma de simulación SCAPS-1D, evaluamos sistemáticamente su alineación de banda, comportamiento de transporte de carga y rendimiento general del dispositivo en más de 384 configuraciones.
Comenzamos reproduciendo un dispositivo de referencia SB2 (S, SE) 3 basado en Spiro-Emitad y coincidimos con éxito con su eficiencia de conversión de potencia informada (PCE) de 10.75%.
Desde esta línea de base, optimizamos una serie de parámetros del dispositivo para capas HTL, ETL y absorbentes. Luego, al ajustar los parámetros HTL, los HTL de triazatruxeno demostraron aumentos de eficiencia que varían de 1.22% a más del 5% en comparación con la línea de base, a diferencia de Spiro-Emitad, que mostró ganancias insignificantes en la optimización.
A través de la optimización dirigida de ETL, absorbente y las propiedades interfaciales, los dispositivos demostraron tasas de recombinación reducidas en el orden de 3 x 1018 cm-3 S-1 y QE externo superiores al 70%.
También evaluamos el efecto de la ingeniería de la interfaz y analizamos las compensaciones de la banda de valencia en la interfaz HTL/absorbente. Todos los dispositivos exhibieron pequeñas compensaciones entre −0.04 y −0.3 eV, lo que permite un transporte eficiente de agujeros.
Después de la optimización completa, todos los dispositivos HTL basados en triazatruxeno superaron la eficiencia del 21%. Las eficiencias finales generales de 22.97% (Spiro-Mometad), 23.09% (CI-B2), 22.47% (CI-B3), 21.08% (TAT-H), 23.24% (TAT-TY1) y 23.11% (TAT-Ty2) se lograron. Estos dispositivos también lograron voltajes de circuito abierto (VOC) cerca de 1 V, densidades de corriente de cortocircuito (JSC) de más de 30 mA/cm2 y factores de relleno (FF) que varían entre 72% y 74% debido a una pérdida de VOC minimizada (~ 0.4 V).
Nuestros hallazgos, publicado En la teoría y simulaciones avanzadas, resaltar el potencial de los materiales de transporte de agujeros basados en triazatruxeno como alternativas de alto rendimiento y rentables a Spiro-Emitad en SB2 (S, SE) 3 células solares.
Los compuestos de triazatruxeno ofrecen alineación de banda favorable, bajas pérdidas de recombinación y una mejor extracción de carga, lo que lleva a ganancias de eficiencia sustanciales.
Para evaluar la estabilidad operativa ambiental, simulamos el rendimiento del dispositivo bajo temperaturas variables e intensidades de iluminación. El impacto de estas condiciones de funcionamiento se evaluó utilizando los mecanismos de generación y recombinación, que son cruciales para las aplicaciones del mundo real.
Este estudio marca la primera aplicación de HTL basados en triazatruxeno en células solares SB2 (S, SE) 3 y demuestra su promesa para permitir tecnologías solares de película delgada eficientes, estables y escalables. Estos resultados proporcionan una dirección valiosa para futuros esfuerzos experimentales destinados a avanzar en dispositivos fotovoltaicos ecológicos.
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Más información: Valentina Sneha George et al, Modelado de ideas de SB2 (S, SE) 3 células solares utilizando capas de transporte de agujeros de triazatruxeno, teoría avanzada y simulaciones (2025). Dos: 10.1002/adts.202500487
La Dra. Latha Marasamy es profesora de investigación en el Programa de Ciencias de la Facultad de Química-Energía en UAQ, donde dirige un equipo dinámico de estudiantes e investigadores internacionales. Su misión es avanzar en la energía renovable, particularmente en el desarrollo de células solares de segunda y tercera generación, que incluyen CDTE, CIGS, perovskitas de calcogenuro emergentes, perovskitas FASNI3 sin plomo, calcogenuros cuaternarios de I2-I-IVI4 y células solares híbridas. She is working with a range of materials such as CdTe, CIGSe, CdS, MOFs, graphitic carbon nitride, chalcogenide perovskites (ABX3, where A = Ba, Sr, Ca; B = Zr, Hf; X = S, Se), quaternary chalcogenides (I2-II-IV-VI4, where I = Cu, Ag; II = Ba, Sr, Co, Mn, Fe, Mg; IV = Sn, Ti;
Cita: Las capas de transporte de agujeros de triazatruxeno mejoran el rendimiento de SB₂ (S, SE) ₃ Células solares (2025, 24 de junio) Recuperadas el 24 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-triazatruxene-hole-layers-sbsse-solar.html
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