Nuevo diseño de célula solar de perovskita con capa antirreflectora de dióxido de silicio

Investigadores de la Universidad Tarbiat Modares (TMU) de Irán han diseñado una célula solar bidimensional de perovskita con una estructura que atrapa la luz (LT) y una capa antirreflectora basada en dióxido de silicio (SiO2).

Afirmaron que la combinación de estos dos elementos ayuda a atrapar la luz en toda la estructura de la célula, ofreciendo así una ventaja significativa en comparación con los dispositivos fotovoltaicos de perovskita basados en una estructura plana. “Para formar la estructura que atrapa la luz descrita, las capas de esta célula deben colocarse sobre un sustrato de silicio texturizado”, explicaron los científicos. “A diferencia de las estructuras planares, esta célula solar estructurada debe construirse empezando por la capa inferior”.

En las células solares construidas con una arquitectura LT, el principal problema es el grosor del absorbedor, que debe aumentarse en comparación con el de las células planas para lograr una mayor absorción de la luz. Un mayor absorbedor, sin embargo, puede tener efectos negativos en las propiedades eléctricas de la propia célula.

El grupo de investigación diseñó la célula colocando la capa antirreflectante de SiO2 sobre la capa de óxido de indio y estaño (ITO) y consideró el uso de un absorbedor hecho de CH3NH3SnI3, un material de perovskita con un bandgap energético de 1,3 eV. Utilizó una capa de transporte de electrones hecha de óxido de titanio (TiO2), una capa de transporte de huecos basada en tiocianato de cobre (CuSCN) y un contacto metálico de oro (Au).

Mediante una serie de simulaciones, los académicos compararon el rendimiento del diseño de célula solar propuesto con el de una célula similar con una configuración plana. Comprobaron que la reflectancia de la arquitectura LT era inferior a la de la configuración plana. “Esto significa que la luz entra fácilmente en la capa activa y queda confinada en su interior”, explicaron. “Además, como es difícil que la luz salga, el volumen de luz que entra en la capa activa aumenta a medida que aumenta la longitud de onda”.

La simulación también demostró que la célula más eficiente diseñada con estructura LT puede alcanzar una eficiencia del 20,48%, una tensión de circuito abierto de 0,96 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 22,22 mA/cm2 y un factor de llenado del 83,33%. Esta célula requeriría un absorbente de perovskita con un grosor de 300 nm.

“Cuando la capa de perovskita se hace más gruesa, también lo hace la eficiencia de la célula solar de perovskita”, explicaron. “Sin embargo, la eficiencia alcanza prácticamente su máximo cuando el grosor se aproxima a los 200 nm. A partir de entonces, la eficiencia disminuye marginalmente”.

Presentaron el novedoso diseño de la célula en el artículo “Design of optimized photonic-structure and analysis of adding a SiO2 layer on the parallel CH3NH3PbI3/CH3NH3SnI3 perovskite solar cells” (Diseño de una estructura fotónica optimizada y análisis de la adición de una capa de SiO2 en las células solares paralelas de perovskita CH3NH3PbI3/CH3NH3SnI3), publicado en scientific reports.