Una célula fotovoltaica bifacial basada en nanotubos de carbono de pared simple alcanza una eficiencia del 17,1%

Investigadores de la Universidad de Surrey (Reino Unido) han fabricado una célula solar bifacial flexible que utiliza nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT, por sus iniciales en inglés) como electrodos delantero y trasero.

Los contactos tradicionales de rejilla metálica utilizados como electrodos en las células solares son capaces de proporcionar transparencia, pero también requieren un alto dopaje de la capa superficial de la célula para proporcionar una captación eficiente de la fotocorriente. El dopaje y la deposición intensivos son procesos industriales que consumen mucha energía, por lo que elevan los costos de producción de células solares similares. Los SWCNT representan una alternativa, ya que se dice que combinan propiedades optoelectrónicas, flexibilidad, estabilidad química y protocolos de transferencia sencillos para cubrir grandes superficies.

“Para aplicaciones bifaciales óptimas, tanto los electrodos delanteros como los traseros deben ser ópticamente transparentes, químicamente estables y compatibles con las capas adyacentes”, declaran los científicos. “Su excepcional propiedad óptica hace que las películas de SWCNT sean muy adecuadas como electrodos frontales para aplicaciones optoelectrónicas que abarcan un amplio espectro de longitudes de onda”.

Los investigadores utilizaron el método de deposición química en fase vapor con catalizador flotante (FCCVD) para preparar películas de SWCNT con una transmitancia óptica de alrededor del 95% a una longitud de onda de 550 nm, que superaba la de los sustratos comunes de óxido de indio y estaño (ITO).

El grupo de investigación construyó la célula solar bifacial con un sustrato de vidrio, un electrodo de SWCNT, una capa de transporte de huecos (HTL) de óxido de níquel dopado con cobre (Cu:NiOx), un absorbente de perovskita, una capa de transporte de electrones (ETL) basada en óxido de estaño(IV) (SnO2), una capa de éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM) y otro electrodo de SWCNT.

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo flexible alcanzó una eficiencia de conversión de potencia frontal del 17,1% y un alto valor de potencia por peso de 73,75 W/g. También mostró potencial para alcanzar un factor de bifacialidad superior al 98% y una densidad de generación de energía superior al 36%.

“Los SWCNT son flexibles y mecánicamente robustos, lo que les permite soportar repetidos ciclos de flexión”, explican los investigadores. “Estas características hacen que los SWCNT sean adecuados para células solares de perovskita flexibles y permiten nuevas visiones para el desarrollo de dispositivos bifaciales”.

Los científicos afirman que la nueva célula basada exclusivamente en electrodos de carbono puede fabricarse con unos costs de material un 70% inferiores a los de las células monofaciales de perovskita que utilizan ITO o plata (Ag) para los electrodos. “La ventaja económica es aún mayor si se tienen en cuenta los costos de equipamiento, ya que los dispositivos basados exclusivamente en electrodos de carbono eliminan la necesidad de costosos procesos de sputtering por radiofrecuencia (RF) o de evaporación térmica para electrodos de ITO o metálicos”, añaden.

El novedoso concepto de célula se presenta en el estudio “High-performance bifacial perovskite solar cells enabled by single-walled carbon nanotubes” (Células solares bifaciales de perovskita de alto rendimiento activadas por nanotubos de carbono de pared simple), publicado en nature energy.