Una célula solar de perovskita con electrodo de cobre alcanza una eficiencia del 20,1%

Científicos del Instituto de Tecnología de Pekín han desarrollado una célula solar con un electrodo posterior de cobre (Cu) en lugar de plata (Ag) u oro (Au).

“El Cu, como elemento que abunda en la tierra, es el candidato más prometedor para ser un electrodo por sus propiedades físicas comparables a las del Au y la Ag y presenta una buena estabilidad con un coste simultáneamente bajo”, dijo el grupo de investigación. “Cuesta menos de 1/80 de lo que cuesta la Ag y 1/5.500 de lo que cuesta el Au”, dijo Zhou. “El Cu es el candidato prometedor para ser el electrodo de la PSC por sus propiedades físicas comparables (es decir, la conductividad) con el Au y la Ag, y su buena estabilidad”.

La célula solar tiene una estructura planar n-i-p y consta de un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa tampón de óxido de estaño (IV) (SnO2), una capa de perovskita, una capa de transporte de huecos (HTL) y una capa de cobre. Los investigadores ajustaron el nivel de fermi de la HTL para que coincidiera con la perovskita y el electrodo de Cu. Utilizaron una solución basada en poli(triaril)amina (PTAA), que es un material transportador de huecos y bloqueador de electrones, así como un precursor Spiro-OMeTAD. El nivel de fermi es la máxima energía cinética de un electrón a 0 Kelvin.

En la configuración HTL propuesta, la diferencia de energía en la interfaz HTL/Cu puede reducirse para mejorar el transporte de portadores.

“Al igual que el efecto de los cubos, esperamos que las interfaces perovskita/HTL y HTL/Cu no sean los cubos más cortos durante el funcionamiento del dispositivo”, afirman los investigadores. “La diferencia energética equilibrada entre las interfaces perovskita/HTL y HTL/Cu podría mejorar significativamente las propiedades de recogida y transporte de carga en los dispositivos de células solares de perovskita n-i-p resultantes”.

En condiciones de iluminación estándar, la célula alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 20,10%, una tensión de circuito abierto de 1,084 V y un factor de llenado del 78,77%, lo que el equipo de investigación describe como la mayor eficiencia jamás alcanzada en células solares n-i-p con electrodo de Cu. El dispositivo también fue capaz de conservar el 92% de su eficiencia inicial después de 1.000 horas.

“Este hallazgo no sólo amplía los conocimientos sobre la alineación de bandas de la capa funcional semiconductora vecina en la arquitectura del dispositivo para mejorar el rendimiento resultante, sino que también sugiere un gran potencial del electrodo de Cu para su aplicación en la comunidad de PSCs”, dijeron los académicos.

Presentaron su trabajo en “Balancing Energy-Level Difference for Efficient n-i-p Perovskite Solar Cells with Cu Electrode” (Equilibrio de la diferencia de nivel de energía para las células solares n-i-p de perovskita eficientes con electrodo de cobre), publicado recientemente en Energy Material Advances.

“El presente trabajo no sólo amplía nuestros conocimientos sobre la búsqueda de una alineación de banda equilibrada en diferentes interfaces para mejorar el rendimiento de los dispositivos, sino que también garantiza la aplicación del electrodo de Cu en la posterior industrialización de las células solares de perovskita”, concluyeron.