Célula solar ultrafina de perovskita orgánica con eficiencia del 24,0%

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Un grupo de científicos de la Universidad de Wuppertal (Alemania) ha desarrollado una célula solar en tándem de perovskita orgánica con extracción de carga optimizada, un alto voltaje de circuito abierto y un grosor de sólo 1 µm.

«Nuestras células solares tienen básicamente el peso del sustrato en el que las procesamos y pueden procesarse en casi cualquier sustrato liso que se pueda imaginar: desde el techo de los coches, pasando por las fachadas de los edificios, la parte trasera de los teléfonos móviles, hasta las láminas de plástico o incluso podrían integrarse en la ropa», explica el investigador Kai Brinkmann a pv magazine.

La configuración en tándem incluye una subcelda orgánica de banda estrecha con una arquitectura de tipo p-i-n basada en el polímero PM6 y óxido de molibdeno (MoOx) como capa de extracción de agujeros (HEL). La célula tiene una eficiencia de conversión de energía del 17,5%, una tensión de circuito abierto de 0,87 V, una corriente de cortocircuito de 26,7 mA cm-² y un factor de llenado del 75%. La subcelda de perovskita de banda ancha se construyó con una perovskita conocida como FA0,8Cs0,2Pb(I0,5Br0,5)3, con una eficiencia del 16,8%, una tensión de circuito abierto de 1,34 V, una corriente de cortocircuito de 15,6 mA cm-² y un factor de llenado del 81%.

Los científicos intentaron reducir las pérdidas interfaciales entre las dos células, que son las responsables de limitar la tensión de circuito abierto en los dispositivos en tándem. Para ello, utilizaron una interconexión basada en una capa de óxido de indio ultrafina de 1,5 nm, similar a un metal, cultivada mediante una capa de deposición atómica con unas pérdidas ópticas y eléctricas bajas sin precedentes.

«Aprovechamos la propiedad única de la ALD para proporcionar el máximo control del grosor de la capa, incluso a nivel de ångströms, lo que es imposible con las técnicas de deposición convencionales», dijeron.

Se afirma que la interconexión ultrafina no introduce pérdidas ópticas notables y aumenta la eficiencia cuántica externa (EQE) de la célula posterior orgánica y la corriente de cortocircuito global del dispositivo en tándem en unos 1,5 mA cm -2 en comparación con una célula de referencia con una interconexión basada en 1 nm de plata, que da lugar a una eficiencia de sólo un 20%.

En cambio, la célula solar en tándem alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 24,0%, una tensión de circuito abierto de 2,15 V, una corriente de cortocircuito de 14,0 mA cm-² y un factor de llenado del 80%.

«Los elevados valores de EQE (>95%) en la región de longitudes de onda entre 400 nm y 500 nm pueden explicarse por los efectos ópticos asociados al elevado índice de refracción del material de perovskita, que permite un eficaz acoplamiento de la luz en el medio activo en este rango espectral», afirma el grupo de investigación. «La elevada tensión de circuito abierto de 2,15 V de la célula en tándem es el resultado de una suma casi ideal de las características J-V de las subceldas sin ninguna pérdida de tensión de circuito abierto».

Describieron la célula solar en «Perovskite-organic tandem solar cells with indium oxide interconnect«, que se publicó recientemente en Nature. El Fraunhofer ISE CalLab certificó una eficiencia del 23,1%, según el procedimiento IEC 60904-3.

«En el momento en que iniciamos este proyecto, los tándems de perovskita/orgánica tenían una eficiencia de apenas un 20%. Ahora estamos en el 24% y las simulaciones muestran que nuestro concepto debería permitirnos alcanzar eficiencias incluso superiores al 30%», concluyó Brinkmann.

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