Científicos indios diseñan una célula solar de perovskita sin plomo con una eficiencia del 23,61%

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Investigadores de la Universidad de Chiktara (India) afirman haber conseguido mejorar la estabilidad y el rendimiento de las células solares de perovskita orgánico-inorgánicas aplicando una estrategia denominada gradación de la banda prohibida (bandgap grading).

Consiste en capacitar al absorbedor de perovskita de la célula para recoger una gama más amplia de fotones de luz modificando su grosor y características. “Nuestro estudio demuestra la eficacia de las estrategias de gradación lineal y parabólica del bandgap para optimizar la absorción de luz y aumentar el rendimiento”, declaró a pv magazine Jaya Madan, autor principal de la investigación. “La gradación parabólica resulta especialmente prometedora”.

Los científicos utilizaron el software de capacitancia de células solares SCAPS-1D, desarrollado por la Universidad de Gante, para simular la novedosa configuración de la célula. Supusieron que la célula se basaba en un material de perovskita sin plomo y a base de estaño conocido como CsSnI3-xBrx. “La incorporación de la adaptación de la banda prohibida da lugar a una modulación de la banda prohibida/afinidad a lo largo de la profundidad de la capa absorbente, lo que aumenta la eficiencia de la célula solar”, explicaron.

La célula se diseñó inicialmente con un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de electrones (ETL) de óxido cérico (CeO2), el absorbedor de perovskita, una capa de transporte de huecos (HTL) de cobre, hierro y estaño (Cu2FeSnS4) y un contacto metálico de oro (Au).

Tanto para la ETL como para la HTL se supuso un espesor de 100 nm, mientras que para el absorbedor los académicos consideraron un espesor que oscilaba entre 50 nm y 500 MW, con una energía de bandgap variable comprendida entre 1,25 eV y 1,78 eV.

Probada en condiciones de iluminación estándar, la configuración de célula solar propuesta alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 23,61 % con el enfoque de gradación parabólica y del 21,68 % con gradación lineal. Las simulaciones también mostraron que sustituyendo los materiales ETL y HTL utilizados por óxido de estaño (SnO2) y PEDOT:PSS, respectivamente, la eficiencia de la célula también puede superar el 24%.

El nuevo concepto de célula solar se describe en el estudio “Maximizing photovoltaic performance of all-inorganic perovskite CsSnI3-xBrx solar cells through bandgap grading and material design” (Maximización del rendimiento fotovoltaico de células solares de perovskita CsSnI3-xBrx totalmente inorgánicas mediante clasificación de banda prohibida y diseño de materiales), publicado en Solar Energy.

“Nuestra investigación presenta una vía convincente para conseguir células solares de perovskita de alto rendimiento, sostenibles y estables”, concluye Madan. “Los avances en ingeniería de banda prohibida y diseño de materiales presentados en este estudio son muy prometedores para acelerar la comercialización de tecnologías fotovoltaicas de perovskita sin plomo”.

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