Investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanjing (China) han diseñado una célula solar de perovskita que utiliza una estructura Mortise-Tenon (M-T) para crear una gran superficie de contacto entre el absorbedor de perovskita y la capa de transporte de huecos (HTL). Afirman que esto contribuye a mejorar el rendimiento y la durabilidad de la célula.
Las estructuras M-T se utilizan habitualmente en carpintería para crear conexiones sólidas entre distintos materiales y ofrecer resistencia a la torsión. En la configuración propuesta, la estructura M-T está formada por el absorbente de perovskita y un aditivo polimerizado térmicamente llamado N-vinil-2-pirrolidona (NVP) utilizado para la capa de transporte de huecos (HTL).
Según los científicos, la NVP mantiene una fuerte interacción con los precursores de la perovskita durante el proceso de recubrimiento por rotación, lo que mejora el transporte de carga y la calidad de las películas de perovskita/NVP.
El diseño de la célula incluye un sustrato de vidrio/óxido de estaño dopado con flúor (FTO), un HTM basado en SnO2, un absorbedor de perovskita con NVP, una capa spiro-OMeTAD y un contacto metálico de oro (Au).
Comparando el rendimiento del dispositivo con el de una célula de referencia, el dispositivo campeón alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 24,55%, una tensión de circuito abierto de 1,187 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,66 mA cm-2 y un factor de llenado del 80,64%. Los investigadores destacaron las ventajas de la supresión de la recombinación no radiativa y la extracción equilibrada de carga de la interfaz gracias a los cristales de perovskita de alta calidad y a la estructura Mortise-Tenon.
En cambio, el dispositivo de referencia alcanzó una eficiencia del 22,91%, una tensión de circuito abierto de 1,151 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,21 mA cm-2 y un factor de llenado del 78,94%.
Además, la célula con estructura M-T demostró una excelente durabilidad, conservando más del 95% de su eficiencia inicial durante 1100 horas. El dispositivo se sometió a medición y certificación en el Centro de Pruebas de Calidad de Sistemas Fotovoltaicos y Eólicos de la Academia China de las Ciencias.
Presentaron la tecnología de la célula en “Monolithically-grained perovskite solar cell with Mortise-Tenon structure for charge extraction balance” (Célula solar de perovskita de grano monolítico con estructura Mortise-Tenon para equilibrio de extracción de carga), publicado recientemente en Nature Communications.
“Nuestro trabajo pone de relieve la importancia de aumentar el área de contacto entre la capa de perovskita y la HTL, y propone una estrategia única para lograr el equilibrio de extracción de carga interfacial en las células solares de perovskita, que puede ser un enfoque importante para conseguir dispositivos eficientes en el futuro”, concluyen.
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