Investigadores de la City University de Hong Kong (CityU) han desarrollado una célula solar de perovskita invertida basada en una monocapa autoensamblada (SAM) que, según se informa, puede mejorar la estabilidad térmica de la célula.
Las células de perovskita invertida tienen una estructura de dispositivo conocida como “p-i-n”, en la que el contacto selectivo de huecos p está en la parte inferior de la capa intrínseca de perovskita i y la capa de transporte de electrones n en la parte superior. Las células de perovskita de haluro convencionales tienen la misma estructura pero invertida: una disposición “n-i-p”. En la arquitectura n-i-p, la célula solar se ilumina a través del lado de la capa de transporte de electrones (ETL); en la estructura p-i-n, se ilumina a través de la superficie de la capa de transporte de huecos (HTL).
Los científicos explicaron que anclaron la SAM en una superficie de nanopartículas de óxido de níquel para formar la capa de extracción de carga, lo que, según ellos, optimizó el momento dipolar para la extracción rápida de agujeros y dio lugar a una baja densidad de defectos.
“Descubrimos que la exposición a altas temperaturas puede provocar la rotura de los enlaces químicos de las moléculas de SAM, lo que afecta negativamente al rendimiento del dispositivo. Así que nuestra solución fue similar a añadir una armadura resistente al calor: una capa de nanopartículas de óxido de níquel, coronada por una SAM, lograda mediante la integración de varios enfoques experimentales y cálculos teóricos”, declararon los investigadores.
La SAM es capaz de estabilizar la interfaz entre el absorbente de perovskita y la capa de transporte de huecos (HTL) de óxido de níquel(II) (NiOx). La alineación energética, el contacto favorable y la unión entre la HTL y la perovskita redujeron el déficit de voltaje típico de las células de perovskita, lo que produjo fuertes efectos de endurecimiento de la interfaz bajo estrés térmico, según el equipo de investigación.
“Al introducir una capa de extracción de carga térmicamente robusta, nuestras células mejoradas conservan más del 90% de su eficiencia, con un impresionante índice de eficiencia del 25,6%, incluso después de funcionar a altas temperaturas, en torno a 65 ºC durante más de 1.000 horas. Se trata de un logro histórico”, afirma Zhu Zonglong, investigador de CityU. “Este avance es fundamental, ya que aborda un obstáculo importante que antes impedía una adopción más amplia de las células solares de perovskita”.
Los académicos presentaron su innovación en el artículo “Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells” (Capa selectiva de huecos estabilizada para células solares de perovskita p-i-n invertida de alto rendimiento), publicado recientemente en Science.
En abril de 2022, el mismo grupo de investigación fabricó otra célula solar de perovskita invertida basada en un compuesto organometálico conocido como ferrocenil-bis-tiofeno-2-carboxilato (FcTc2), que supuestamente mejora tanto la eficiencia como la estabilidad del dispositivo fotovoltaico.
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