Una nueva estrategia de pasivación allana el camino para las células solares en tándem de perovskita-silicio sin plomo

Investigadores de la Universidad de Electrocomunicaciones de Japón han desarrollado una célula solar de perovskita de estaño con un bandgap superior a 1,6 eV que podría utilizarse como capa superior en células solares en tándem de perovskita-silicio sin plomo.

Los científicos reconocieron que la sustitución del plomo (Pb) por el estaño (Sn) en las células solares de perovskita implica una reducción considerable de la eficiencia de conversión de potencia y explicaron que ésta depende de la presencia de sulfuro de estaño(IV) (Sn4+), que se forma por la oxidación del Sn durante la preparación de la tinta de perovskita, el mantenimiento de las tintas de perovskita o el horneado de la película de perovskita.

Para reducir la presencia de Sn4+ concentrado en la superficie de la película de perovskita, el grupo de investigación adoptó una nueva estrategia de pasivación basada en el uso de fenilsilano (PhSiH3) como agente reductor.

“Hasta donde sabemos, no existe ningún informe sobre la pasivación de superficies con soluciones orgánicas compuestas de agentes reductores”, explicó, señalando que el uso de PhSiH3 da lugar a la formación de una capa de siloxano, que crea un mejor contacto entre el absorbente hidrófilo de estaño perovskita y el buckminsterfullereno hidrófobo (C60) utilizado para la capa de transporte de electrones (ETL). “Tras la pasivación de la superficie, el ángulo de contacto aumentó, lo que demuestra que la superficie de perovskita se hizo más hidrófoba”.

Los académicos construyeron la célula con un sustrato de vidrio y un óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de huecos (HTL) hecha con PEDOT:PSS, un polímero conocido por sus propiedades de bajo costo y fácil preparación, un absorbedor hecho de un material de perovskita sin plomo conocido como ASnI2Br, una ETL basada en C60, una capa tampón de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag).

Los científicos compararon el rendimiento de la célula solar con el de un dispositivo de referencia que no había sido sometido al novedoso tratamiento de pasivación. Comprobaron que este último alcanzaba una eficiencia del 3,65%, mientras que el dispositivo tratado llegaba al 5,50%, lo que, según ellos, demuestra la eficacia del tratamiento con PhSiH3.

Los resultados se explican por un decaimiento más rápido de la fotoluminiscencia tras el tratamiento superficial, una menor resistencia en serie y una mayor resistencia a la recombinación de cargas tras el tratamiento superficial, señalaron. “Se demostró que el PhSiH3 es eficaz para disminuir el Sn4+ acumulado en las películas de perovskita y para lograr un mejor contacto de la capa de perovskita con la capa de C60”, concluyeron.

El diseño de la célula solar y las técnicas de pasivación se describen en el artículo “Efficiency-enhancement of lead-free ASnI2Br perovskite solar cells by phenyltrihydrosilane passivation effective for Sn4+ reduction and hydrophobization” (Mejora de la eficiencia de las células solares de perovskita ASnI2Br sin plomo mediante pasivación con feniltrihidrosilano eficaz para la reducción e hidrofobización de Sn4+), publicado en Next Materials.