Una célula solar de perovskita invertida con heterouniones 2D/3D logra una eficiencia del 25,6%

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Un grupo internacional de científicos dirigido por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) de Arabia Saudita ha desarrollado una célula solar de perovskita invertida que incorpora capas de perovskita de baja dimensión en las interfaces superior e inferior de la célula solar.

Las células de perovskita invertida tienen una estructura de dispositivo conocida como “p-i-n”, en la que el contacto selectivo de huecos p se encuentra en la parte inferior de la capa intrínseca de perovskita i con la capa de transporte de electrones n en la parte superior. Las células de perovskita de haluro convencionales tienen la misma estructura pero invertida, en una disposición “n-i-p”. En la arquitectura p-i-n, la célula solar se ilumina a través del lado de la capa de transporte de electrones (ETL); en la estructura convencional n-i-p, se ilumina a través de la superficie de la capa de transporte de huecos (HTL).

Los investigadores explicaron que la pasivación óptima en las células solares de perovskita se consigue normalmente aplicando finas capas de perovskita de baja dimensión sobre una película de perovskita 3D, y señalaron que es fundamental tener un control perfecto sobre el grosor, la pureza y la dimensionalidad de las capas de baja dimensión en la parte superior e inferior de las perovskitas 3D para minimizar las pérdidas energéticas en estas interfaces.

“Tras numerosas pruebas, identificamos el ligando que presentaba la interacción más eficaz con las perovskitas tridimensionales para la pasivación de la doble cara”, declaró a pv magazine Randi Azmi, autor correspondiente de la investigación.

“Las células solares de perovskita con heterouniones de doble cara demuestran una eficiencia de conversión de potencia del 25,6%, situándose entre las de mayor rendimiento en su campo. Siguiendo las normas de las pruebas de estabilidad acelerada, la eficiencia disminuyó sólo un 5% tras 1.000 horas de exposición a las circunstancias del mundo real. Esto es fundamental para evaluar la estabilidad de cara a la comercialización”, añadió Stefaan De Wolf, catedrático de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la KAUST.

Los científicos señalaron que la técnica propuesta pretende minimizar la disolución de los ligandos 2D durante la disolución de la perovskita, con el fin de reforzar su interacción con el sustrato, lo que, añadieron, permite inmovilizar los ligandos 2D antes de la deposición de la perovskita.

Fabricaron una célula con un sustrato de vidrio y óxido de indio y estaño (ITO), una capa de dimetoxi carbazol (Me-2PACz), una capa de perovskita 2D, un absorbente de perovskita 3D, una capa de perovskita 2D, una capa de transporte de electrones de buckminsterfullereno (C60), una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag).

Los científicos realizaron una serie de pruebas en condiciones de iluminación estándar y descubrieron que el dispositivo alcanzaba una eficiencia de conversión de energía del 25,63%, una tensión de circuito abierto de 1,19 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 24,94 mA cm2 y un factor de llenado del 85,9%. El rendimiento también fue probado por un “centro de pruebas acreditado” no especificado, que certificó que alcanzaba una eficiencia del 25,0%, una tensión en circuito abierto de 1,17 V, una densidad de corriente en cortocircuito de 25,0 mA cm2 y un factor de llenado del 85,7%.

La célula también fue capaz de mantener alrededor del 95% de su eficiencia inicial después de 1.000 horas y el 90% durante el mismo número de horas con seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). “Este resultado indica que las heterouniones 2D/3D de doble cara tienen una barrera energética significativamente mayor para la migración de iones, lo que también podría mejorar la estabilidad del cristal de perovskita”, afirma el grupo de investigación.

El novedoso diseño de la célula se presentó en el estudio “Double-side 2-dimensional/3-dimensional heterojunctions for inverted perovskite solar cells” (Heterouniones bidimensionales/tridimensionales de doble cara para células solares de perovskita invertida), que se publicó recientemente en Nature. El grupo de investigación estuvo compuesto por académicos del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) de Corea del Sur y de la Academia de Ciencias de China (CAS).

Otro grupo de investigación de KAUST anunció recientemente una célula solar en tándem de perovskita-silicio invertida con una capa intermedia de 1 nm basada en fluoruro de magnesio (MgFx), colocada entre la capa de perovskita y la capa de transporte de huecos (HTL), para reducir las pérdidas de voltaje.

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