Una célula solar de perovskita basada en un material “multifuncional” de transporte de huecos alcanza una eficiencia del 26,41%

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Investigadores de la Universidad china de Tsinghua han desarrollado una célula solar de perovskita con un nuevo material transportador de huecos que promete una mayor eficiencia y estabilidad, al tiempo que garantiza una técnica de fabricación escalable.

“El desarrollo del nuevo material orgánico de transporte de huecos, denominado T2, representa un avance significativo en las células solares de perovskita, ya que ofrece una ventaja de rendimiento frente a materiales convencionales como el spiro-OMeTAD”, declaró a pv magazine el autor correspondiente de la investigación, Chenyi Yi. “Las novedosas características del T2, incluidas sus propiedades electrónicas, estructurales y químicas únicas, mejoran sinérgicamente la eficiencia de la extracción de huecos y reducen significativamente la recombinación de cargas en la interfaz con la capa de perovskita”.

En el artículo “Highly efficient and stable perovskite solar cells via a multifunctional hole transporting material” (Células solares de perovskita altamente eficientes y estables mediante un material multifuncional transportador de huecos), publicado recientemente en Joule, Yi y sus colegas explican que construyeron la célula con películas de perovskita evaporadas térmicamente.

“Cabe destacar que el proceso de fabricación de estas películas de perovskita evaporadas térmicamente es apto para la producción a gran escala, lo que supone un cambio con respecto a los métodos de recubrimiento por centrifugación utilizados tradicionalmente”, añadió.

Los científicos sintetizaron el T2 utilizando fluoreno tiometil-sustituido como estructura del brazo y espiro-[fluoreno-9,9′-xanteno] (FX) como núcleo. Según ellos, esta combinación ofrece una mejor alineación de bandas y extracción de huecos que el espiro-OMeTAD, más caro.

Fabricaron la célula con un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de electrones (ETL) basada en óxido de estaño (SnO2), un absorbente de perovskita, una capa de transporte de huecos (HTL) basada en T2 y un contacto metálico de oro (Au).

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 26,41%, una tensión de circuito abierto de 1,175 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 26,47 mA cm-2 y un factor de llenado del 84,94%. En comparación, una célula de referencia con un HTL basado en spiro-OMeTAD alcanzó una eficiencia del 24,43%, una tensión de circuito abierto de 1,154 V, una densidad de cortocircuito de 25,94 mA cm-2 y un factor de llenado del 81,57%.

El grupo afirma que este resultado representa la mayor eficiencia jamás registrada en una célula solar de perovskita que utiliza HTL “alternativos”. “La célula basada en T2 mostró una mayor estabilidad bajo iluminación continua, calentamiento térmico y almacenamiento en aire ambiente en comparación con las células con spiro-OMeTAD debido a la supresión de la migración de iones y las reacciones químicas resultantes”, explicaba también.

Los investigadores también afirmaron haber podido identificar el origen atomístico de la mejora en la extracción de huecos, que atribuyeron a una mejor alineación de los niveles de energía y al solapamiento parcial de la densidad local de estados electrónicos (LDOS) entre el máximo de la banda de valencia del absorbente de perovskita en la interfase y el nivel de energía T2.

Con esta arquitectura de célula, los investigadores también construyeron un minimódulo solar con un sustrato de 5 × 5 cm2, que alcanzó una eficiencia del 21,45%, una tensión de circuito abierto de 4,385 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 6,41 mA cm-2 y un factor de llenado del 76,31%.

“Este cambio hacia técnicas de fabricación escalables, unido a las prestaciones superiores de la T2, sitúa a nuestra célula como candidata transformadora para las futuras tecnologías fotovoltaicas”, concluye Yi. “La llegada de la T2 allana el camino para soluciones energéticas rentables y de alta eficiencia con potencial para un amplio despliegue”.

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