Síntesis de una dispersión coloidal de nanopartículas de SnO2 para el procesamiento de celdas solares de perovskita en solución. Trabajo de grado

Abstract

RESUMEN : El dióxido de estaño (SnO2) ha sido aplicado como capa transportadora de electrones (ETL) en celdas solares de perovskita de arquitectura regular (n-i-p). Sin embargo, también resulta atractivo incorporar este tipo de materiales en celdas solares invertidas (p-i-n) debido a la necesidad de reemplazar materiales orgánicos convencionales que allí se usan. Hoy en día es un desafío incorporar SnO2 en celdas p-i-n debido al compromiso entre el procesamiento de este material y la integridad de la perovskita (PVKT), que se ve afectada por las altas temperaturas necesarias para obtener una fase cristalina y electrónicamente deseable del SnO2. En el presente trabajo se propone el uso del método de síntesis de co-precipitación y de modificación superficial con ácido acético para obtener nanopartículas de SnO2 con grupos acetato coordinados en su superficie. Esto da lugar a dispersiones coloidales estables, permitiendo la fabricación de dispositivos a baja temperatura y tiempos de procesamiento cortos, obteniendo una ETL competitiva en comparación con las referencias actuales. Es así como luego de fabricar celdas solares con este material, se alcanzó una eficiencia de conversión de energía (PCE) máxima del 13.14%. Este resultado y los demás parámetros fotovoltaicos se logran al tener una capa delgada, uniforme y compatible con perovskita MAPbI3 que extrae efectivamente las cargas desde el material absorbedor. Además, el uso de SnO2 facilitó la incorporación de un electrodo de carbono mediante la inclusión de una fina capa de bismuto.

ABSTRACT : Tin dioxide (SnO₂) has been applied as an electron transport layer (ETL) in perovskite solar cells with regular architecture (n-i-p). However, it is also attractive to incorporate this type of material in inverted solar cells (p-i-n) due to the need to replace conventional organic materials currently used in those structures. Nowadays, incorporating SnO₂ in p-i-n cells remains a challenge due to the trade-off between the processing of this material and the integrity of the perovskite, which is affected by the high temperatures required to obtain a desirable crystalline and electronically favorable phase of SnO₂. In this work, we propose using the co-precipitation synthesis method and surface modification with acetic acid to obtain SnO₂ nanoparticles with acetate groups coordinated on their surface. This leads to stable colloidal dispersions, enabling device fabrication at low temperatures and with short processing times, achieving a competitive ETL compared to current references. Thus, after fabricating solar cells with this material, a maximum power conversion efficiency (PCE) of 13.14% was achieved. This result and the other photovoltaic parameters are obtained by having a thin, uniform layer that is compatible with MAPbI₃ perovskite, effectively extracting charges from the absorber material. Additionally, the use of SnO₂ facilitated the incorporation of a carbon electrode through the inclusion of a thin layer of bismuth.