Interface passivation with Ti₃C₂T_x-MXene doped PMMA film for highly efficient and stable inverted perovskite solar cells

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Assuncao, Joao Pedro F. ; Lemos, Hugo G. ; Rossato, Jessica H. H. ; Nogueira, Gabriel L. ; Lima, Joao V. M. ; Fernandes, Silvia L. ; Nishihora, Rafael K. ; Fernandes, Ricardo V. ; Lourenco, Sidney A. ; Bagnis, Diego ; Santos, Sydney F. ; Graeff, Carlos F. O.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C; v. 12, n. 2, p. 13-pg., 2023-11-28.

Resumo

Achieving inverted perovskite solar cells (PSCs) that combine high efficiency and long-term stability is still challenging due to intrinsic material issues and low tolerance to environmental factors. The use of an ultra-thin poly(methyl methacrylate) (PMMA) layer to passivate interfacial defects as well as working as a physical barrier to extrinsic factors is promising. However, the low electrical conductivity of PMMA may have deleterious effects on charge extraction. Herein, we explored the use of Ti3C2Tx MXene as a PMMA additive (PMMA:MX) to tune the electrical features of the passivation layers. The optimal concentration of MXenes resulted in improvement of the PSC photovoltaic parameters, boosting their efficiency to 21.30 +/- 0.51% (22.1% for the benchmark PSC). Electrical characterizations indicate a reduction of trap state densities accompanied by mitigation of non-radiative recombination. These features contributed to an increase in the extraction of photo-generated carriers and a considerable enhancement of V-oc. The improved performance may be attributed to the electrical properties of MXenes and the better wettability of the PMMA:MX interface. Furthermore, the combination of hydrophobic characteristics and passivation features of the PMMA:MX layer resulted in more stable PSCs. The PMMA:MX based devices maintained 95% of their original PCE after 3000 h (ISOS-D-1I) and took 3x longer to reach T80 compared to the control PSC under heat and light soaking (ISOS-L-2). (AU)

• Processo FAPESP: 20/12356-8 - Otimização da estabilidade de células solares de perovskitas
• Beneficiário: Carlos Frederico de Oliveira Graeff
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 20/16470-0 - Desenvolvimento de nanocompósitos à base de MXenes e polímeros condutores intrínsecos para aplicações como HTL em células solares de perovskita
• Beneficiário: Hugo Gajardoni de Lemos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/03379-7 - Aplicação de Novos Materiais como Eletrodo em Supercapacitores Flexíveis
• Beneficiário: João Victor Morais Lima
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 22/10998-8 - Desenvolvimento de filmes de perovskitas e de Nb2O5 visando estabilidade das células solares de perovskitas
• Beneficiário: Gabriel Leonardo Nogueira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 19/22183-6 - Electrocatálise VI: aspectos fundamentais e aplicados em problemas emergentes e clássicos em conversão eletroquímica de energia
• Beneficiário: Edson Antonio Ticianelli
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 20/15632-6 - Síntese de novos materiais MXenes
• Beneficiário: Rafael Kenji Nishihora
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado