“Defectos poco profundos”, clave de la eficiencia de las células solares de perovskita

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La pérdida de portadores de carga en las células solares de perovskita, también conocida como “recombinación”, sigue leyes físicas diferentes a las de la mayoría de los semiconductores. Esto se debe a las mediciones realizadas mediante “fotoluminiscencia transitoria”, un novedoso método desarrollado por Thomas Kirchartz y su equipo del Instituto de Investigación sobre Energía y Clima (IEK-5) del Forschungszentrum Jülich (Alemania).

Cuando la luz incide en una célula solar, los electrones se liberan de sus enlaces y pasan de la banda de valencia, en la que se crea un hueco electrónico, a la banda de conducción. Si este estado de excitación dura lo suficiente, los electrones entran en contacto eléctrico y liberan energía. Sin embargo, si vuelven a la banda de valencia demasiado pronto, no pueden contribuir al flujo de corriente. Esta recombinación, provocada principalmente por defectos en la red cristalina, “es el proceso de pérdida esencial en toda célula solar”, afirma Kirchartz.

Según hipótesis anteriores, la recombinación se produce principalmente por “defectos profundos” en el centro de la banda prohibida entre las bandas de valencia y potencia. Esta suposición es probablemente correcta para la mayoría de tipos de células solares, pero se ha refutado en el caso de las células solares de perovskita: Durante las mediciones, el equipo de investigación descubrió que los “defectos poco profundos” cerca de la banda de valencia o de conducción son cruciales para la recombinación.

“La causa de este comportamiento inusual aún no se ha aclarado del todo”, afirma Kirchartz. “Es razonable suponer que los defectos profundos simplemente no pueden existir en estos materiales. Esta restricción también puede ser una de las razones de la eficiencia particularmente alta de las células.”

El grupo publicó sus hallazgos en “Shallow defects and variable photoluminescence decay times up to 280 µs in triple-cation perovskites” (Defectos poco profundos y tiempos variables de decaimiento de la fotoluminiscencia de hasta 280 µs en perovskitas de triple catión), publicado recientemente en Nature Materials.

“Demostramos que las características indicativas de defectos poco profundos observadas en las películas desnudas siguen siendo dominantes en los dispositivos acabados y, por tanto, también son cruciales para comprender el rendimiento de las células solares de perovskita”, afirma el equipo de investigación.

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