Una célula solar de perovskita basada en semillas autodesintegradoras alcanza una eficiencia del 23,73% y un factor de relleno del 83,64%

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Investigadores de China afirman haber logrado uno de los valores más altos de factor de relleno para una célula solar de perovskita reduciendo su recombinación no radiativa y la tensión residual mediante lo que denominaron una estrategia de semilla autodesintegradora.

“Esta estrategia logró un efecto sinérgico de optimización morfológica, modificación de la interfaz y liberación de tensiones mediante cationes funcionales liberados de la semilla”, explicó a pv magazine el autor principal de la investigación, Qianyu Liu. “Aunque se ha demostrado que la semilla en el precursor de la perovskita induce el crecimiento del grano de perovskita y aumenta su tamaño, los estudios anteriores se han centrado principalmente en la regulación de la cristalización y la morfología de la perovskita. Sin embargo, para las células solares de perovskita, los problemas de los defectos en la interfaz y la tensión residual dentro de la película son igualmente críticos y difíciles de abordar utilizando estrategias de siembra convencionales.”

Los científicos intentaron superar las limitaciones de la estrategia de siembra utilizando un material de perovskita conocido como 2D (4-FBZA)2PbI4, que incorpora una semilla autodesintegradora para mejorar el proceso de cristalización de la película de perovskita. “Este material puede unirse al yoduro de plomo (PbI2) y proporcionar centros de nucleación de gran tamaño para los granos de perovskita, aumentando así el tamaño del grano y la cristalinidad”, añade Liu.

“Mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, microscopia de fuerza con sonda Kelvin, cálculos de teoría funcional de la densidad y otras caracterizaciones, demostramos que (4-FBZA)2PbI4 se desintegra durante el crecimiento del grano de perovskita, liberando 4-FBZA+”, explicó Liu. “Simultáneamente, 4-FBZA+ migra a la interfaz, pasivando los defectos y estabilizando la red de perovskita mediante interacciones con FA+ y [PbI6]4-, logrando la modificación de la interfaz de las películas de perovskita”.

Según el equipo de investigación, la semilla autodesintegradora libera tensiones de tracción perjudiciales en la película de perovskita, mejorando el tiempo de vida del portador y favoreciendo el transporte de huecos.

Los científicos diseñaron la célula con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de electrones (ETL) basada en óxido de estaño (SnO2), el absorbente de perovskita, una capa de transporte de huecos (HTL) basada en Spiro-OMeTAD y un contacto metálico de plata (Ag).

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 23,73 %, una tensión de circuito abierto de 1,133 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,21 mA cm 2 y un factor de llenado del 83,07 %. En comparación, un dispositivo de referencia diseñado sin la estrategia de semilla autodesintegradora propuesta alcanzó una eficiencia del 22,73 %, una tensión en circuito abierto de 1,117 V y una densidad de corriente en cortocircuito de 24,78 mA cm 2.

“Los dispositivos preparados con esta estrategia presentan una estabilidad a la humedad a largo plazo encomiable, ya que los dispositivos no encapsulados conservan el 90 % de su PCE inicial tras envejecer durante más de 2000 h en el aire con una humedad relativa del 60 %”, explicó el grupo de investigación.

El nuevo concepto de célula solar se presentó en el estudio “Perovskite solar cells with self-disintegrating seeds deliver an 83.64 % fill factor” (Las células solares de perovskita con semillas autodesintegrables ofrecen un factor de llenado del 83,64 %), publicado en Nano Energy. “Este estudio amplía la estrategia de las semillas para abordar la modificación de la interfaz y la liberación de tensiones, abordando las deficiencias de los enfoques tradicionales de siembra y ampliando la investigación de semillas en el campo de las células solares de perovskita”, dijo Liu.

El grupo de investigación estaba formado por académicos de la Universidad del Petróleo del Suroeste de China, la Universidad de Chongqing, el Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología y el fabricante chino de módulos solares Tongwei Solar Co.

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