Tratamiento comercial con láser para aumentar el rendimiento de las células solares de perovskita

Un equipo europeo de investigación ha tratado de mejorar el rendimiento y la eficiencia de una célula solar de perovskita pasivando los defectos superficiales de la película de perovskita mediante un tratamiento comercial con láser.

“Nuestro trabajo es una prueba de concepto, y estamos trabajando constantemente en resultados avanzados”, dijo la coautora correspondiente Monika Rai, a pv magazine, señalando que el enfoque propuesto es libre de disolventes e industrialmente escalable.

Utilizaron un láser ultravioleta (UV) pulsado industrial de nanosegundos a dos intensidades de energía diferentes de 160 nJ y 650 nJ, respectivamente.

A continuación, utilizaron medidas de microscopía electrónica de barrido (SEM) y difracción de rayos X (XRD) para evaluar el efecto del pulso láser en la morfología de la película y descubrieron que ambas intensidades daban lugar a una distribución uniforme del tamaño de grano y unos límites de grano claros, aunque la intensidad más alta también mostraba algunos granos de perovskita degradados.

En cambio, el pulso láser de menor intensidad no dañó la superficie de la perovskita ni afectó a sus propiedades. “No hay diferencias observables en la energía de enlace ni en el ensanchamiento de los espectros con la energía láser baja, lo que sugiere un cambio insignificante en las propiedades químicas de la superficie de la perovskita”, afirman los investigadores. “A alta energía láser, la absorción global disminuye debido a una destrucción evidente en la película, como corroboran las mediciones XRD y SEM”.

El equipo aplicó el tratamiento a una célula solar basada en el triple catión cesio metilamonio formamidinio (CsMAFA) y descubrió que su eficiencia crecía del 18,0% al 19,3%, mejorando también el rendimiento de estabilidad. “A la energía optimizada, los dispositivos pulidos con láser muestran un voltaje en circuito abierto (VoC) y un factor de llenado mejorados, debido a la reducción de las pérdidas por recombinación en la interfaz, lo que libera el potencial de alta Voc de las perovskitas de bandgaps similares”, señalaron, añadiendo que la célula alcanzó una notable Voc de 1,21 V.

La célula fue capaz de conservar en torno al 90% de su eficiencia inicial durante 1.000 h, frente al 75% de un dispositivo de referencia al que no se aplicó el tratamiento láser.

“Esta técnica puede resultar especialmente adecuada para las líneas de producción rollo a rollo (R2R)”, declaró a pv magazine Micahel Saliba, coautor del estudio.

Los detalles del método, el ajuste de la potencia del láser y los métodos de medición se documentan en “Light Makes Right: Laser Polishing for Surface Modification of Perovskite Solar Cells” (La luz hace lo correcto: Pulido láser para modificar la superficie de las células solares de perovskita), publicado en ACS Energy Letters. El grupo de investigación está formado por científicos de la Universidad de Stuttgart y la Universidad Tecnológica de Brandemburgo Cottbus-Senftenberg (Alemania), la Universidad de Luxemburgo y la Universidad de Valencia (España).