Investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) y de la Universidad de Yonsei han fabricado una célula solar híbrida orgánico-inorgánica de alta eficiencia y estabilidad.
En el artículo «Suppressing Hole Accumulation Through Sub-Nanometer Dipole Interfaces in Hybrid Perovskite/Organic Solar Cells for Boosting Near-Infrared Photon Harvesting» (Supresión de la acumulación de huecos mediante interfaces dipolares subnanométricas en células solares híbridas de perovskita y orgánicas para potenciar la captación de fotones en el infrarrojo cercano), publicado en la revista Advanced Materials, se señala que un obstáculo clave para mejorar la eficiencia de las células solares híbridas orgánicas-perovskitas es el desajuste del nivel de energía en la interfaz perovskite/bulk-heterojunction (BHJ), que provoca la acumulación de carga.
El artículo añade que las actuales células solares de perovskita basadas en plomo no pueden utilizar aproximadamente el 52% de la energía solar total, ya que su espectro de absorción se limita a la región de la luz visible con una longitud de onda de 850 nm o menos.
Para resolver el problema, el equipo de investigadores diseñó un dispositivo híbrido que combinaba una heterounión orgánica masiva (BHJ) con perovskita, dando lugar a una célula solar que puede absorber hasta la región del infrarrojo cercano.
Los investigadores introdujeron una capa de interfaz dipolar subnanométrica, basada en un isómero conocido como B3PyMPM, directamente sobre la superficie de la perovskita, que supuestamente aliviaba la barrera energética entre la perovskita y la BHJ. Se comprobó que así se suprimía la acumulación de carga, se maximizaba la contribución al infrarrojo cercano y se mejoraba la densidad de corriente hasta 4,9 mA/cm².
La célula se construyó con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una monocapa autoensamblada a base de MeO-2PACz. el absorbedor de perovskita, la capa interfacial dipolar, la interfaz BHJ, una capa tampón de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de cobre (Cu).
En las pruebas, el dispositivo híbrido alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 24%, frente al 20,4%, lo que, según el artículo de investigación, supone un récord para las células solares híbridas perovskita-orgánicas basadas en plomo.
El dispositivo también alcanzó una alta eficiencia cuántica interna (IQE) en comparación con estudios anteriores, llegando al 78% en la región del infrarrojo cercano. También demostró una gran estabilidad, manteniendo más del 80% de su eficiencia inicial tras más de 800 horas en condiciones de humedad extrema.
«Gracias a este estudio, hemos resuelto eficazmente los problemas de acumulación de carga y desajuste de la banda de energía a los que se enfrentan las células solares híbridas orgánicas de perovskita existentes, y podremos mejorar significativamente la eficiencia de conversión de potencia al tiempo que maximizamos el rendimiento de captura de luz en el infrarrojo cercano», declaró Jung-Yong Lee, uno de los autores del estudio. «Será un nuevo avance que podrá resolver los problemas de estabilidad mecánico-química de las perovskitas existentes y superar las limitaciones ópticas».
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