Primer intento de construir módulos fotovoltaicos de antimonio

Investigadores de la Universidad Tor Vergata y del Consejo Nacional de Investigación de Italia han desarrollado por primera vez módulos solares estables en el aire basados en células fotovoltaicas con un material absorbente de antimonio (Sb).

“Se ha investigado cada vez más sobre alternativas a la perovskita sin plomo (Pb) ni estaño (Sn), pero nos sorprendió que hasta ahora sólo se hubieran descrito células individuales, por lo que nos centramos en fabricar módulos con equipos disponibles en el mercado. El hecho de que las células solares basadas en Sb que desarrollamos tuvieran una buena estabilidad térmica y al aire nos permitió realizar todos los pasos de modelado en el aire”, declaró a pv magazine Thomas M. Brown, autor principal de la investigación.

“La propiedad clave de los materiales inspirados en la perovskita a base de antimonio que hemos desarrollado es la estabilidad, especialmente en comparación con otras alternativas sin plomo”, añadió. “En consecuencia, la mejora de la eficiencia debería convertirse en el objetivo principal de la tecnología basada en Sb, mientras que la estabilidad debería serlo de los dispositivos basados en Sn”.

Según el grupo de investigación, las células resistieron pruebas de estabilidad térmica de hasta 85 C en el aire y los tres pasos de modelado láser P1, P2 y P3 pudieron realizarse fuera de la guantera, lo que simplificó la fase de fabricación. La clave de los resultados fueron dos cationes en la mezcla precursora.

Las células solares se fabricaron con MAxCs3-xSb2I3Cl6 mediante un proceso de solución de recubrimiento por rotación en un solo paso. Las pilas de células de Sb de doble catión mixto de metilamonio (MA) y cesio (Cs) se fabricaron con óxido de titanio compacto (TiO2) dopado con flúor, TiO2 mesoporoso, el absorbedor MAxCs3-xSb2I3Cl6, una capa de transporte de huecos fabricada con Spiro-OMeTAD convencional y un contacto metálico de oro (Au).

Las células alcanzaron una eficiencia de conversión de potencia del 1,5% y su estabilidad a largo plazo se incrementó en un 60%, con una pérdida de sólo el 10% tras unas 1800 h de envejecimiento en aire, según los investigadores. Los minimódulos solares construidos con estas células alcanzaron una eficiencia del 1,2% en un área activa de 2,52 cm2.

El grupo tiene previsto investigar la aplicación de la tecnología a células y paneles solares de interior. “Esto se debe a que hemos demostrado que la tecnología de la perovskita tiene un alto potencial para la captación de luz en ambientes interiores y a que las brechas de banda adecuadas para los semiconductores tienen que ser mayores bajo iluminación artificial, lo que abre la posibilidad de utilizar incluso perovskitas basadas en el antimonio para este fin”, dijo Brown.

De cara al futuro, el equipo de investigación planea reducir la banda prohibida del dispositivo ajustando la composición de la perovskita, la velocidad de cristalización, la minimización de defectos mediante la introducción de aditivos y la optimización de la adaptación del nivel de energía y la pasivación de defectos mediante ingeniería de interfaz.

Sus hallazgos se presentan en el artículo “Air-Stable Lead-Free Antimony-Based Perovskite Inspired Solar Cells and Modules” (Módulos y células solares inspirados en perovskita, sin plomo, estables al aire y a base de antimonio), publicado en ACS Energy Letters.