Presentan una célula solar en tándem de perovskita y silicio con una eficiencia certificada del 30,9%

Un grupo internacional de científicos dirigido por la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, ha desarrollado una célula solar en tándem de perovskita-silicio que integra una célula superior de perovskita basada en un absorbedor tratado con ácido 2,3,4,5,6-pentafluorobencilfosfónico (pFBPA).

En el estudio “Synergetic substrate and additive engineering for over 30%-efficient perovskite-Si tandem solar cells” (Sustrato sinérgico e ingeniería aditiva para células solares en tándem de perovskita-Si con una eficiencia superior al 30%), publicado en Joule, los investigadores afirman que el uso de pFBPA pretende reducir los defectos relacionados con el plomo en la película de perovskita y la recombinación no radiativa cerca del absorbedor de perovskita y la capa de transporte de electrones, aumentando así la eficiencia y el factor de llenado de la célula.

Los investigadores también explicaron que la configuración de célula propuesta y el proceso de fabricación relacionado eliminan la necesidad de un tratamiento de pasivación posterior a la deposición o de una capa pasivadora adicional, ya que el pFBPA se añadió en la tinta precursora de la perovskita.

El equipo construyó la célula superior con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de huecos (HTL) a base de nanopartículas de dióxido de silicio (SiO2) y un ácido fosfónico llamado carbazol metil-sustituido (Me-4PACz), un absorbedor de perovskita, un ETL basado en buckminsterfullereno (C60), una capa tampón hecha de nanopartículas (NPs) de óxido de silicio (SiO2), un contacto transparente basado en óxido de indio y zinc (IZO), y un contacto metálico de plata (Ag).

“De forma similar a las células PERC, la configuración consta de la interfaz aislante perovskita/SiO2-NP con alta calidad de pasivación y la interfaz HTL/perovskita a través de la cual pasa la corriente y con una calidad de pasivación peor que la conseguida con las SiO2-NPs”, explicaron los académicos. “En general, los resultados muestran que hay que tener cuidado al optimizar la concentración de SiO2-NP, que se ve afectada por la elección tanto del HTL como de la composición de la perovskita, ya que ambos pueden influir en el transporte de carga en la interfaz HTL/perovskita”.

La célula de perovskita se integró en una célula en tándem con una célula inferior basada en la tecnología de heterounión (HJT) y fabricada con una oblea monocristalina de 190 μm de grosor, 2 Ω.cm, de tipo n, zona flotante y grabado brillante. “La estructura invertida, con el contacto de tipo p en la parte inferior y el de tipo n en la superior, es común en la mayoría de los dispositivos de perovskita-Si de alta eficiencia de hoy en día debido a las capas de transporte de electrones relativamente transparentes de la célula de perovskita y a la tecnología SHJ bien establecida que requiere pocas modificaciones para integrarse en tándems”, destacó el grupo.

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo en tándem alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 30,9%. Según los científicos, el resultado fue certificado por una entidad externa no especificada. Atribuyeron el notable rendimiento de la célula a las ganancias que pueden lograrse con el pFBPA, especialmente si se utiliza en combinación con un sustrato recubierto de SiO2-NP, que, según dijeron, evita, a su vez, la formación de agujeros de alfiler y derivaciones debido al uso del pFBPA.

“Las SiO2-NP, que mejoran la humectabilidad, también permiten el uso fiable de Me-4PACz de alto rendimiento como HTL, lo que reduce aún más la resistencia de derivación (Rs) y mejora, en particular, el factor de llenado de los dispositivos”, concluyeron.