Un equipo internacional de investigación ha fabricado una célula solar de heterounión de fases (PHJ), un tipo de dispositivo fotovoltaico de heterounión que utiliza dos polimorfos de perovskita.
Los investigadores pueden depositar las heterouniones de fase en sustratos sólidos para hacer posibles instalaciones fotovoltaicas duraderas, o en sustratos flexibles para aplicaciones como la electrónica portátil o el Internet de las Cosas. La principal ventaja de la heterounión de fases radica en el uso de un único material a ambos lados de la unión, aunque en fases cristalinas distintas. Esto elimina la necesidad de dopaje y mitiga los efectos adversos de la migración de iones.
El equipo de investigación seleccionó las fases β y γ del material de perovskita CsPbI3 para formar los dos polimorfos. El método consistía en combinar el absorbente frontal β-CsPbI3 procesado con aire caliente dinámico (DHA) sin disolventes con el absorbente posterior γ-CsPbI3 evaporado térmicamente con triple fuente en una configuración sencilla de heterounión de fases, explicó Sawanta S. Mali, autor correspondiente del estudio. Este método DHA mejora la calidad de las películas delgadas de perovskita inorgánica y el rendimiento de los dispositivos en condiciones ambientales.
Para establecer la estabilidad de fase en la célula frontal de β-CsPbI3, los investigadores introdujeron un aditivo molecular de Zn(C6F5). Para la célula posterior de γ-CsPbI3, emplearon la deposición por evaporación térmica asistida por yoduro de guanidinio (GAI) de triple fuente. La adición de una pequeña cantidad de GAI mejoró la morfología, las propiedades optoelectrónicas, la eficiencia y la estabilidad.
El dispositivo mostró unas prestaciones extraordinarias, como una eficiencia de conversión de potencia del 21,59%, una tensión de circuito abierto de 1,220 V, una corriente de cortocircuito de 21,72 mA cm2 y un factor de llenado de 81,5. El equipo también destacó la excelente estabilidad del dispositivo encapsulado, que conservó más del 90% de su eficiencia inicial tras 200 horas de almacenamiento en condiciones ambientales.
Los investigadores describieron la célula solar y el proceso de fabricación correspondiente en “Phase-heterojunction all-inorganic perovskite solar cells surpassing 21.5% efficiency” (Las células solares de perovskita totalmente orgánicas de heterounión en fase superan el 21,5% de eficiencia), publicado recientemente en Nature Energy. El equipo de investigación está formado por académicos de la Universidad Nacional de Chonnam (Corea del Sur), la Academia China de Ciencias, la Universidad Estatal de Pensilvania (Estados Unidos) y el Instituto Indio de Ciencias (IISc).
“En futuros trabajos, distintas fases polimórficas de perovskitas de haluros orgánicos-inorgánicos y/o totalmente inorgánicos podrían ser también las mejores alternativas para dispositivos PHS altamente eficientes”, concluyen.
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