Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad Tecnológica de Wuhan ha fabricado una célula solar de perovskita basada en carbono que utiliza como electrodo una masilla de grafito (PG, por sus siglas en inglés ) similar a la plastilina.
“El electrodo de carbono similar a la plastilina es la mejor y más reciente técnica de electrodos de carbono disponible en nuestro laboratorio”, declaró a pv magazine Junyan Xiao, autor principal de la investigación. “Se pueden realizar electrodos superiores con este contacto cómodo, eficaz y sin daños entre las capas funcionales”.
El grupo de investigación explicó que el PG presenta la propiedad deformable de la pasta de carbono y la propiedad sin disolventes de la película de carbono, ambas utilizadas en investigaciones anteriores sobre células de perovskita basadas en carbono, y señaló que los electrodos de carbono ofrecen casi la misma eficiencia que los electrodos de oro (Au), al tiempo que proporcionan una mayor estabilidad.
Los científicos diseñaron 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 dopado con itrio (SnO2), un absorbedor de perovskita, una capa de transporte de huecos (HTL) basada en Spiro-OMeTAD y el electrodo PG. “Se colocaron láminas de PG de tamaño adecuado sobre el semidispositivo FTO/SnO2/perovskita/spiro-OMeTAD mediante prensado con rodillo o prensado por laminación placa a placa (1 MPa) a temperatura ambiente”, subrayaron.
Con esta arquitectura, el grupo construyó una célula con una superficie activa de 0,15 cm2. Probado en condiciones estándar, este dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 20,29%, una tensión de circuito abierto de 1,13 V, una corriente de cortocircuito de 22,29 mA-cm-2 y un factor de llenado del 81%. A modo de comparación, una célula de referencia con un contacto metálico de Au alcanzó una eficiencia del 21,04%, una tensión de circuito abierto de 1,13 V, una corriente de cortocircuito de 22,27 mA-cm-2 y un factor de llenado del 81%.
Sin embargo, la eficiencia de la célula con electrodo de Au disminuyó por debajo del 40% a lo largo de 300 h, mientras que la célula con electrodo PG fue capaz de conservar el 96,3% de la eficiencia inicial después de 1.300 h. “Se cree que el equilibrio dinámico secado-higroscópico del sorbitol puede evitar la penetración de humedad en la capa de perovskita, y ayudar a formar una mejor interfaz HTL/PG durante el almacenamiento prolongado”, explicaron los académicos. “Además, el electrodo PG-L tiene una buena estabilidad mecánica en el dispositivo y puede soportar fácilmente la prueba de cinta bajo una fuerza de tracción de 5 N”.
Con la novedosa célula basada en carbono, el grupo fabricó un módulo solar de perovskita sobre sustratos FTO de 5 cm × 5 cm. Para construir las interconexiones monolíticas que añaden voltajes entre las células de los módulos se utilizó el trazado láser P1, P2 y P3. El panel alcanzó una eficiencia del 16,01%, una tensión de circuito abierto de 6,58 V, una corriente de cortocircuito de 3,65 mA-cm-2 y un factor de llenado del 67%, un rendimiento que se describió como “bastante sobresaliente”.
“El material PG y su método de proceso integran las ventajas del electrodo imprimible a partir de pasta de carbono de baja temperatura y del electrodo de transferencia a partir de película de carbono prefabricada”, concluyeron los investigadores. “A pesar de las deficiencias del electrodo PG en cuanto a reflexión óptica y conductividad del módulo en relación con el electrodo de Au, el bajo coste del material, la sostenibilidad medioambiental, la sencillez del proceso y la fácil escalabilidad del electrodo PG hacen que esta técnica sea muy prometedora para la industrialización de células solares de perovskita basadas en carbono”.
El novedoso concepto de módulo y célula solar de perovskita se describió en el estudio “Playdough-like carbon electrode: A promising strategy for high efficiency perovskite solar cells and modules” (Electrodo de carbono tipo plastilina: Una estrategia prometedora para células y módulos solares de perovskita de alta eficiencia), publicado en eScience.
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