Células solares de perovskita con una eficiencia del 24,4% a temperatura ambiente

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Un equipo internacional de investigación ha desarrollado un método para fabricar películas de perovskita de alta calidad a temperatura ambiente para aplicaciones en células solares de perovskita. El novedoso proceso evita el recocido térmico y los postratamientos adicionales.

El equipo seleccionó una composición de perovskita conocida como (Csx(FA0,92MA0,08)1-xPb(I0,92Br0,08)3), que se convirtió en α-FAPbI3 a temperatura ambiente. Se promovió una mayor conversión con la adición de un enlazador orgánico conocido como oleilamina o simplemente OAm. El efecto del método sobre los patrones de crecimiento de calidad se confirmó mediante monitorización in situ con rayos X.

Además, para demostrar la viabilidad del proceso en sustratos y materiales fotovoltaicos no tradicionales, los investigadores depositaron su película de perovskita en una hoja de planta, algo que habría sido imposible con los métodos convencionales.

“Los aspectos más complicados del trabajo fueron comprender el mecanismo de funcionamiento y demostrar que el proceso era lo bastante suave como para depositar películas de perovskita sobre hojas frescas, que son muy blandas y frágiles”, explicó a pv magazine el autor principal de la investigación, Thuc-Quyen Nguyen.

Los investigadores describieron la fabricación de células con una estructura planar p-i-n para investigar el efecto del cesio (Cs) y el OAm en el rendimiento y afirmaron que sólo utilizaron materiales imprimibles. Los dispositivos fabricados tenían un sustrato de óxido de indio y estaño con una capa de MeO-2PACz, también conocido como ácido [2-(3,6-dimetoxi-9H-carbazol-9-il)etil]fosfónico.

A continuación, el absorbente de perovskita se sometió a un proceso de recubrimiento por rotación en dos pasos y se conectó a una capa de transporte de electrones (ETL, por sus iniciales en inglés) basada en éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM) que también se basó en el recubrimiento por rotación y en una capa tampón de baticuproína (BCP). Todo lo anterior se consiguió sin recocido térmico. Por último, se depositó térmicamente sobre los sustratos un contacto metálico de plata de 100 nm de espesor como cátodos dentro de un evaporador térmico al vacío.

La reproducibilidad se evaluó mediante 100 dispositivos con distintas cantidades de materiales experimentales. Al observar los resultados, el equipo observó que la adición de OAm “mitigaba significativamente” las desviaciones y mejoraba las propiedades del dispositivo, y que los dispositivos Cs10+OAm presentaban la mayor densidad de corriente de cortocircuito, tensión de circuito abierto y factor de llenado con las menores desviaciones de eficiencias.

El equipo afirmó que el dispositivo Cs10+OAm optimizado alcanzó “eficiencias impresionantes” del 23,2%. Con un recubrimiento antirreflectante, se incrementó hasta el 24,4%. Señaló que los resultados superaban las eficiencias alcanzadas por anteriores células solares de perovskita (PSC) procesadas a baja temperatura y a temperatura ambiente (TA).

“Mediante una combinación de técnicas de caracterización, hemos desvelado la morfología y la física del dispositivo de las PSC procesadas a RT. Por último, demostramos que el procesado sin recocido permite fabricar películas de perovskita de alta calidad sobre sustratos de hoja”, concluyen los investigadores.

Los detalles del estudio aparecen en “Room-temperature-processed perovskite solar cells surpassing 24% efficiency” (Células solares de perovskita procesadas a temperatura ambiente que superan el 24% de eficiencia), publicado en Joule. Los investigadores procedían de tres instituciones: la Universidad de California en Santa Bárbara, la Universidad Nacional Pusan de Corea y el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de Corea.

De cara al futuro, los equipos se proponen trabajar en tecnologías fotovoltaicas integradas y de interior. “Actualmente, nos centramos en el desarrollo de células solares semitransparentes eficientes que alcancen eficiencias superiores al 12% garantizando al mismo tiempo un nivel de transparencia superior al 30%. Estas células están diseñadas para su integración en ventanas de edificios, vehículos e invernaderos”, explica Nguyen.

“Además, estamos trabajando activamente en el desarrollo de células solares para interiores capaces de alcanzar eficiencias superiores al 40% en condiciones de iluminación LED. Este avance tiene el potencial de proporcionar energía renovable para alimentar dispositivos y sistemas de interior”.

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