Célula solar de triple unión de perovskita-perovskita-silicio con una tensión en circuito abierto superior a 2,8 V

Científicos del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE de Alemania han demostrado una célula solar de triple unión con una configuración de subcélula de perovskita-perovskita-silicio.

Se trata de un valor récord para este tipo de célula solar y demuestra que la fotovoltaica que combina perovskita y silicio ofrece un enorme potencial sin explotar”, afirma Juliane Borchert, autora principal de la investigación.

En el artículo “Monolithic Two-Terminal Perovskite/Perovskite/Silicon Triple-Junction Solar Cells with Open Circuit Voltage >2.8 V” (Células solares monolíticas de dos terminales de triple unión Perovskita/Perovskita/Silicio con tensión de circuito abierto >2,8 V), publicado en ACS Publications, se explica que el absorbedor de perovskita de la célula se fabricó con materiales de perovskita con un bandgap energético que oscila entre 1,56 V y 1,83 V.

“Observamos que los bandgaps combinados en este trabajo no son los bandgaps óptimos finales para una célula solar de triple unión”, señalaron. “Sin embargo, este trabajo se centra en la optimización del proceso y la integración de las subceldas en dispositivos de triple unión, y los hallazgos son aplicables a otras composiciones de perovskita”.

Las tres subceldas se diseñaron con tres arquitecturas diferentes.

La célula inferior se fabricó con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de huecos (HTL) hecha de poli-triarilamina (PTAA), una capa interfacial hecha del polímero PFN, un absorbedor de perovskita, una capa de transporte de electrones (ETL) basada en una capa de buckminsterfullereno (C60) y óxido de estaño(IV) (SnO2), y un contacto metálico de oro (Au).

El segundo dispositivo utiliza una HTL hecha de PTAA, una capa intermedia de PFN, un absorbente de perovskita, una ETL de C60, una capa de SnO2, una capa de ITO, un contacto metálico de plata (Ag) y un revestimiento antirreflectante a base de fluoruro de magnesio (MgF2).

La célula superior se basa en un sustrato ITO, una capa de carbazol (2PACz), un absorbedor de perovskita, un ETL de C60, una capa de SnO2, una capa ITO, un contacto metálico de plata (Ag) y un revestimiento antirreflectante a base de fluoruro de magnesio (MgF2).

Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula de triple unión alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 20,0% PCE, una tensión de circuito abierto superior a 2,8 V y una densidad de corriente de cortocircuito de 8,9 mA/cm2, así como un factor de llenado de alrededor del 78%.

“Una tensión elevada indica, por tanto, que las características físicas básicas de la célula solar son adecuadas y que se dan los aspectos fundamentales necesarios para una célula solar muy eficiente”, declararon los investigadores.

“Aunque actualmente estamos ampliando el desarrollo de células solares en tándem de perovskita-silicio y preparándolas para su uso industrial en nuestro proyecto Pero-Si-SCALE, también es fantástico ver cómo las células solares de triple unión tienen tanto potencial para avanzar en el concepto en el futuro”, declaró Stefan Glunz, director de la División de Fotovoltaica del Fraunhofer ISE.

“Se necesitan más optimizaciones para situarlas al nivel de las células solares de doble unión perovskita/silicio y, con el tiempo, superarlas”, señala el artículo. “Además, en futuros trabajos habrá que abordar la estabilidad a largo plazo de estas células solares en condiciones de ensayo estándar y a temperaturas elevadas”.