Una célula solar de perovskita construida sobre un sustrato de acero alcanza una eficiencia récord del 17,1%

Un grupo de científicos dirigido por la Universidad de Sidney ha fabricado una célula solar de perovskita que utiliza un sustrato de acero en lugar de vidrio.

“La ventaja de ser flexible y conductor significa que el propio acero puede actuar como sustrato y electrodo para la fabricación de células de una o varias uniones, ya sean monolíticas de gran superficie o singulares de menor superficie”, explicó a pv magazine la autora principal de la investigación, Anita Ho-Baillie. Sugirió que la célula podría emplearse en sistemas fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV, por sus siglas en inglés), sistemas solares integrados en vehículos (VIPV) u otros sistemas fotovoltaicos de diseño integrado para aplicaciones terrestres o espaciales.

En el estudio “Efficient perovskite solar cell on steel enabled by diffusion barrier and surface passivation” (Célula solar de perovskita eficiente sobre acero mediante barrera de difusión y pasivación superficial), publicado en Cell Reports Physical Science, los investigadores explican que el acero es flexible y conductor, además de ofrecer buena estabilidad térmica, resistencia y tenacidad. Sin embargo, es un material opaco, lo que hace necesario utilizar un electrodo transparente para la célula solar. Para ello, los científicos utilizaron una capa intermedia de óxido de indio y estaño (ITO) entre el sustrato de acero y la célula, con el fin de evitar la difusión del hierro del sustrato al dispositivo fotovoltaico.

Construyeron la célula con el sustrato de acero, una capa ITO de 80 nanómetros de grosor, una capa de transporte de electrones de óxido de estaño (SnO2), el absorbedor de perovskita, una capa de transporte de huecos Spiro-OMeTAD, una capa amortiguadora de trióxido de molibdeno (MoO3) y el electrodo transparente ITO.

Un primer dispositivo construido con esta configuración alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 13,2%, una tensión en circuito abierto de 1.072 mV, una densidad de corriente en cortocircuito de 18,3 mA/cm2 y un factor de llenado de 0,67. En cambio, una célula similar construida sin la capa intermedia de ITO sólo alcanzó una eficiencia del 6%, con otros valores de 763 mV, 17,2 mA/cm2 y 0,46, respectivamente.

Los investigadores decidieron utilizar una estrategia de pasivación con un catión orgánico de cadena alquílica larga n-OABra que contiene bromuro para mejorar aún más el rendimiento de la célula con la capa intermedia de ITO, lo que se tradujo en una eficiencia mejorada del 17,1%, que, según afirman, es la mayor eficiencia registrada hasta la fecha en una célula solar de perovskita construida sobre un sustrato de acero.

“Este trabajo inspira futuros trabajos en los que se podrían investigar diferentes materiales como capa intermedia y en los que se podrían demostrar células que utilicen materiales con un mejor ajuste del índice de refracción con el objetivo de aumentar aún más el rendimiento y la estabilidad de las células de perovskita sobre acero”, declararon los investigadores.

Ho-Baillie añadió que hasta la fecha no se ha realizado ningún análisis tecnoeconómico de las células. “Lo hemos hecho para la perovskita sobre vidrio, la fabricación de células de perovskita en rollo y las células en tándem de silicio-perovskita, lo que indica la competitividad de los costes suponiendo que la vida útil de las células de perovskita pueda igualar la de la tecnología de células de silicio ya existente”, concluyó.