Una célula solar de perovskita 2D Dion-Jacobson basada en contactos de MXeno alcanza una eficiencia del 17,47%

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Las perovskitas bidimensionales (2D) en fase Dion-Jacobson (DJ) han despertado interés en la comunidad científica por su estabilidad frente a condiciones ambientales adversas y su rendimiento competitivo en aplicaciones optoelectrónicas. Sin embargo, las células solares basadas en perovskitas DJ han mostrado un rendimiento comparativamente inferior al de sus homólogas 3D.

Investigadores de la Universidad de Chitkara (India) acaban de desarrollar una célula solar de perovskita bidimensional DJ aplicando técnicas de gradación de banda y utilizando contactos basados en un carburo de titanio bidimensional funcionalizado conocido como MXeno.

Los compuestos MXenes toman su nombre de su morfología similar al grafeno y se fabrican mediante el grabado selectivo de determinadas capas atómicas de un cristal a granel conocido como MAX. Recientemente, los materiales MXenes se han mostrado prometedores para su uso en tecnología fotovoltaica debido a sus propiedades optoelectrónicas únicas, como su gran movilidad de portadores de carga, excelente conductividad metálica, alta transmitancia óptica y función de trabajo (WF, por sus iniciales en inglés) sintonizable.

“En nuestro trabajo, hemos llevado a cabo una investigación teórica exhaustiva empleando contactos de MXeno junto con la perovskita 2D DJ (DJ-P), amalgamando las propiedades únicas de ambos materiales”, explicó a pv magazine el autor correspondiente de la investigación, Rahul Pandey. “Una innovación clave de esta investigación radica en la manipulación del bandgap de la capa DJ-P mediante ajustes composicionales”.

Los científicos explicaron que la selección de una capa de transporte de electrones (ETL) y una capa de transporte de huecos (HTL) adecuadas es clave para lograr una alineación de niveles de energía compatible con la capa de DJ-perovskita y ayudar a que los portadores de carga se muevan sin problemas a través de las capas y se reduzcan las pérdidas por recombinación.

Para que el material de perovskita absorbiera con mayor eficacia una gama más amplia de longitudes de onda, se utilizó la gradación de la banda prohibida y MXenes para mejorar la estabilidad de la célula.

Los académicos construyeron la célula con un ETL hecho de éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM) y un HTL basado en óxido de vanadio(V) (V2O5). A continuación utilizaron dos materiales de MXeno conocidos como Ta4C3F2 y T14N3 para los contactos de la célula y descubrieron que el grosor óptimo del absorbente de perovskita era de 800 nm.

“También variamos el número de capas inorgánicas dentro de la estructura de perovskita (PeDA)(MA)n-1PbnI3n+1”, explicó Pandey. “Después utilizamos perfiles de gradación lineales, parabólicos, beta y de ley de potencia para optimizar la composición de la capa de perovskita DJ”.

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 17,47%, una tensión de circuito abierto de 1,05 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 19,6 mA cm-2 y un factor de llenado del 84,25%. “Los resultados demuestran el potencial de este novedoso enfoque para revolucionar la tecnología de células solares de perovskita 2D”, añadió Pandey, señalando que la mayor eficiencia se obtuvo con el perfil de ley de potencia.

Las pruebas también mostraron que el perfil lineal alcanzó una eficiencia del 16,62 %, mientras que el perfil parabólico y el perfil beta lograron un 16,62 % y un 17,30 %, respectivamente.

El nuevo concepto de célula se describe en el estudio “Tailored grading profiles for enhanced performance in Dion-Jacobson perovskite solar cells with MXene contacts” (Perfiles de clasificación personalizados para un rendimiento mejorado en células solares de perovskita Dion-Jacobson con contactos MXene), publicado recientemente en Physica B: Condensed Matter. De cara al futuro, los académicos afirman que quieren analizar las posibles aplicaciones de estos diversos perfiles de gradación en tecnologías 2D basadas en DJ-perovskita.

 

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