Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad de Nanjing, en China, ha diseñado una célula solar en tándem de perovskita y silicio con una nueva estrategia de ingeniería de disolventes que utiliza n-butanol (nBA), también llamado alcohol butílico normal y que es un alcohol primario transparente e incoloro utilizado como agente de limpieza en muchas industrias, incluida la fabricación de productos electrónicos.
Los científicos explicaron que el nBA ofrece una baja polaridad y presión de vapor de saturación y garantiza que se puedan reducir significativamente los efectos perjudiciales típicos de la humedad en la fabricación de células de perovskita en un entorno ambiental.
La película de perovskita del dispositivo superior de la célula en tándem tenía una superficie activa de 0,049 cm2 y se fabricó mediante técnicas de coevaporación y recubrimiento con cuchillas, lo que, según el grupo de investigación, cumple los requisitos para la fabricación de películas de perovskita de gran superficie.
“Cabe destacar que el segundo paso se llevó a cabo en aire para ajustarse a un entorno de producción realista”, explica el grupo, que señala que el nBa sustituyó al etanol y al alcohol isopropílico habituales, que afectan negativamente a la uniformidad de la película. “Tanto la polaridad como la velocidad de evaporación del disolvente tienen un efecto conjunto en los niveles de absorción de H2O. Desde este punto de vista, el nBa se perfila como el disolvente óptimo para nuestros requisitos específicos”.
Se descubrió que la película basada en nBa presentaba una mejor recogida de cargas, debido a que los tamaños de grano más grandes minimizaban la recombinación, en comparación con las películas de control desarrolladas con disolventes convencionales.
Los investigadores construyeron la célula superior con un absorbente de óxido de indio y estaño (ITO) recubierto de vidrio, una capa de óxido de níquel (II) (NiO), una capa de transporte de huecos (HTL) con una monocapa autoensamblada (SAM), un absorbente de perovskita con un bandgap energético de 1,68 eV, una capa de transporte de electrones basada en buckminsterfullereno (C60) y una capa tampón de óxido de estaño (SnOx), y un electrodo de cobre (Cu).
Probado en condiciones de iluminación estándar, este dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 20,8%.
A continuación, el dispositivo superior se integró en una célula en tándem con un área activa de 1,044 cm2 que integraba una célula solar de silicio de heterounión inferior. Esta célula alcanzó una eficiencia del 29,4%, una tensión de circuito abierto de 1,83 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 20,45 mA cm-2 y un factor de llenado del 78,63%.
El equipo también pudo certificar una eficiencia del 28,7% para la célula en tándem y del 26,3% para un dispositivo con un área de apertura de 16 cm2. “El dispositivo encapsulado conservó el 96,8% de la producción inicial tras 780 h de seguimiento del punto de máxima potencia”, añaden los académicos. “Además, hemos demostrado el potencial de escalado comercial al lograr una eficiencia de conversión del 25,9% para dispositivos de 16 cm² fabricados mediante recubrimiento de ranura”.
Presentaron la célula en el artículo “Solvent engineering for scalable fabrication of perovskite/silicon tandem solar cells in air” (Ingeniería solvente para la fabricación escalable de células solares en tándem de perovskita/silicio en el aire), publicado en Nature Communications. “Esta estrategia de ingeniería de disolventes demuestra la viabilidad de las células solares comerciales en tándem de perovskita y silicio”, concluyen.
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