image: Tin and lead perovskite solar cells have proven to have optical properties ideal for achieving maximum efficiency. However, their large-scale use has been hindered by stability issues on their surfaces, such as oxidation, defects that make them vulnerable, or chemical mismatches in the charge transport layers. Self-assembled monolayers (SAMs) are ordered structures of molecules that spontaneously form on solid surfaces through specific chemical interactions. SAMs could serve as alternative transport layers for these types of solar cells, addressing the surface-related issues. The goal of Dr. Luis Lanzetta's SAMper project is to design chemically intelligent devices with perovskite healing capabilities and the ability to neutralize oxidants, to create ultra-stable and highly efficient cells. Dr. Luis Lanzetta is a specialist in materials chemistry and the synthesis and characterization of tin or tin-lead perovskites. His expertise focuses on the degradation mechanisms and stabilization of halide perovskite solar cells, aiming to achieve more efficient and stable technologies. He completed his PhD in Chemistry at Imperial College London (UK) and has been a postdoctoral researcher at KAUST (Saudi Arabia). For the study, Dr. Luis Lanzetta will join the Advanced Semiconductors Group at the Institute of Advanced Materials of the Universitat Jaume I, directed by Professor Iván Mora Seró. This group has a strong track record in the development and advanced characterization of perovskite solar cells, focusing on identifying the physical processes that govern their operation and developing additives to improve their performance and stability. The final phase of the project, which involves outdoor testing over extended periods, will take place at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne in collaboration with Dr. Sánchez-Alonso and under the supervision of Professor Sivula. Their environmental conditions, with an altitude of more than 1,800 meters, will provide high ultraviolet irradiance and variable temperatures to test the operational stability and efficiency of the cells under harsh environmental conditions.
Credit: Universitat Jaume I of Castellón
Las células solares de perovskita de estaño y plomo han demostrado que tienen propiedades ópticas ideales para obtener rendimientos máximos. Sin embargo, su uso a gran escala se ha visto obstaculizado por problemas de estabilidad en sus superficies, como la oxidación, defectos que las hacen vulnerables o desajustes químicos en las capas de transporte de carga.
Las monocapas autoensambladas (SAMs) son estructuras ordenadas de moléculas que se forman espontáneamente en superficies sólidas por interacciones químicas específicas. Las SAMs pueden ser capas de transporte alternativas para este tipo de células solares que permitirían manejar los problemas que presentan en la superficie. El objetivo del proyecto SAMper del doctor Luis Lanzetta es diseñar dispositivos químicamente inteligentes, con capacidad de curación de perovskita y de neutralización de oxidantes, para obtener células ultraestables y altamente eficientes.
En opinión de este investigador, «la revolucionaria funcionalidad de curación y protección de los nuevos SAM es transferible a todas las perovskitas de haluros y se espera que tenga un gran impacto en múltiples aplicaciones de perovskitas (PV, LED, transistores, fotodetectores). Estos campos son de importancia científica clave para permitir una optoelectrónica altamente eficiente, duradera y de bajo coste», comenta.
El proyecto, que se realiza a lo largo de 24 meses, tiene tres objetivos principales: establecer reglas de diseño para optimizar las células solares de perovskita de estaño y plomo mediante el ajuste molecular de los autoensamblajes; diseñar arquitecturas de estas células con propiedades de restauración de perovskita mediante autoensamblajes funcionales de carbazol y demostrar su alta eficiencia y estabilidad en condiciones reales.
Para realizar el estudio, el investigador Luis Lanzetta se integrará en el Grupo de Semiconductores Avanzados del Instituto de Materiales Avanzados de la Universitat Jaume I, dirigido por el profesor Iván Mora Seró. Este grupo cuenta con una sólida trayectoria en el desarrollo y caracterización avanzada de células solares de perovskita, centrándose en la identificación de los procesos físicos que gobiernan su funcionamiento y en el desarrollo de aditivos para mejorar su rendimiento y estabilidad.
La parte final del proyecto, que consiste en pruebas al aire libre durante períodos prolongados de tiempo, se realizará en la École Polytechnique Fédérale de Lausanne en colaboración con el doctor Sánchez-Alonso y bajo la supervisión del profesor Sivula. Sus condiciones ambientales, más de 1.800 metros de altitud, proporcionarán una alta irradiancia del índice ultravioleta y temperatura variable para probar su estabilidad operativa y eficiencia en condiciones ambientales difíciles.
El doctor Luis Lanzetta es especialista en química de materiales y en la síntesis y caracterización de perovskitas de estaño o de estaño y plomo. Su experiencia se centra en los mecanismos de degradación química y estabilización de células solares de perovskita de haluro, con el propósito de alcanzar tecnologías más eficientes y estables. Cursó el doctorado en Química en el Imperial College de Londres (Reino Unido) y ha sido investigador postdoctoral en KAUST (Arabia Saudita).
El proyecto «Impulsar la eficiencia y la estabilidad de la energía fotovoltaica de perovskita de estaño y plomo con un dispositivo químicamente inteligente» ha sido subvencionado por la Unión Europea con una beca postdoctoral Acciones Marie Sklodowska-Curie de Horizon TMA. Estas ayudas pretenden fomentar el potencial creativo e innovador de personal investigador doctor que desee adquirir nuevas competencias mediante una formación avanzada, movilidad internacional y desarrollo de proyectos. El acuerdo de subvención es el HORIZON-MSCA-2023-PF-01- 101153098.