Una célula solar de perovskita transparente de una sola unión alcanza un voltaje récord de 1,78 V

Investigadores de la Universidad alemana de Stuttgart han fabricado una célula solar de perovskita transparente de unión única basada en cloruro de plomo y metilamina híbrido (MAPbCl3), un material de perovskita con uno de los mayores huecos de banda energética entre todas las perovskitas.

“Nuestra nueva célula abre la puerta a las células solares de perovskitas de amplio bandgap, que serán cruciales no solo para aplicaciones como Internet de las Cosas (IoT) o ventanas solares, sino también para células solares multiunión”, dijo el autor correspondiente de la investigación, Michael Saliba, a pv magazine. “Las perovskitas de unión simple con amplios bandgaps aún no han alcanzado altos voltajes”.

Los científicos explicaron que la aplicación de este material en células solares está limitada por la rápida cinética de cristalización y la escasa solubilidad de sus precursores, lo que da lugar a una cobertura incompleta de la película con una morfología irregular.

Para superar este problema, el grupo de investigación adoptó un método de deposición en dos pasos y un recocido bajo gas nitrógeno molecular (N2) dentro de una guantera. “Demostramos que la atmósfera de recocido influye enormemente en la cinética de cristalización del MAPbCl3 sin modificar sus propiedades”, afirma Mahdi Malekshahi, coautor del trabajo. “Durante el recocido en atmósfera de N2, las películas de MAPbCl3 presentan una escasa cobertura superficial, con muchos huecos y una elevada raíz cuadrada media (RMS) de unos 64 nm”.

Los académicos construyeron la célula con un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de electrones (ETL) basada en dióxido de carbono-titanio (C/TiO2), una capa mesoporosa de TiO2, el absorbente MAPbCl3, una capa de transporte de huecos (HTL) Spiro-OMeTAD y un contacto metálico de oro (Au).

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 0,81%, una tensión de circuito abierto de 1,71 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 0,73 mA cm-2 y un factor de llenado del 64,7%.

“Es digno de mención que se haya obtenido una tensión de circuito abierto tan alta, de 1,78 V, para una perovskita de banda prohibida ancha utilizando un HTL espiro-OMeTAD convencional”, señalaron los investigadores, indicando que la tensión de circuito abierto es la más alta registrada hasta la fecha para una célula solar de perovskita basada en MAPbCl3.

“Y lo que es más importante, esto se consigue con los mismos contactos que se utilizan para las células solares de perovskita con bandgaps estrechos que han batido el récord mundial de eficiencia”, añadió Saliba. “Sorprendentemente, la capa convencional de transporte de huecos spiro-OMeTAD, optimizada para bandgaps estrechos, soporta voltajes tan altos”.

El concepto de célula solar se describe en el artículo “MAPbCl3 Light Absorber for Highest Voltage Perovskite Solar Cells” (Absorbedor de luz MAPbCl3 para células solares de perovskita de alto voltaje), publicado recientemente en ACS Publications.