Investigadores chinos desarrollan una célula solar tándem de perovskita-silicio con 33,33% de eficiencia mediante una nueva estrategia de pasivación

Un equipo de investigación liderado por la Academia China de Ciencias (CAS, por sus siglas en inglés) fabricó una célula solar tándem de perovskita-silicio mediante una nueva estrategia de pasivación que, según se informa, mejora tanto la estabilidad como la eficiencia del dispositivo.

“Nuestro proceso de pasivación selectiva es completamente compatible con las líneas de fabricación actuales de células inferiores de silicio cristalino, ya que no requiere ninguna modificación en las etapas de fabricación de la célula inferior”, dijo a pv magazine el autor correspondiente, Weichuang Yang. “Además, el patrón localizado se realiza mediante un enfoque de plantilla autoalineado que aprovecha la morfología piramidal natural, sin recurrir a litografía compleja ni a herramientas de exposición. Esto hace que la técnica sea prometedora para una fabricación de bajo costo y a gran escala”.

Los científicos explicaron que las células inferiores de silicio utilizadas en dispositivos tándem tienen sustratos de silicio texturizados en forma de pirámide que dificultan el recubrimiento uniforme de perovskita, lo que causa fugas eléctricas localizadas y limita el desempeño de las células tándem.

Para abordar este problema, propusieron utilizar una estrategia de pasivación selectiva de picos (PSP, por sus siglas en inglés) que emplea nanoesferas de poliestireno como plantilla sacrificial para lograr la deposición espacialmente localizada de óxido de aluminio (Al₂O₃) en las regiones de los vértices de las pirámides de silicio submicrométricas. Este recubrimiento dirigido aísla y pasiva selectivamente los picos piramidales de alta curvatura, con lo que mitiga de manera efectiva la concentración local del campo eléctrico y suprime posibles vías de derivación eléctrica.

Es importante destacar que el Al₂O₃ presenta solo una interacción débil con las monocapas autoensambladas (SAM, por sus siglas en inglés), lo que permite que la superficie funcional subyacente permanezca accesible para el posterior crecimiento de la perovskita. Esta compatibilidad interfacial promueve el contacto directo entre el absorbente de perovskita y la superficie de silicio modificada con SAM, al mismo tiempo que proporciona sitios adicionales de nucleación heterogénea, lo que mejora la cristalización de la perovskita y la calidad de la cobertura.

Como resultado, se logra una capa de perovskita conformal y sin poros sobre el sustrato de silicio texturizado en forma de pirámide, lo que facilita el transporte eficiente de portadores a través de la interfaz y suprime de manera significativa las pérdidas por recombinación no radiativa.

Probada en condiciones de iluminación estándar, una célula tándem de perovskita-silicio de 1 cm² construida mediante el nuevo proceso de pasivación alcanzó una eficiencia máxima de 33,33% y una eficiencia certificada de 32,89%. No se dio a conocer el nombre del organismo de certificación. “El dispositivo también conservó alrededor de 90% de su eficiencia inicial después de 1 000 horas de operación continua, lo que demuestra una excelente estabilidad a largo plazo”, dijo Yang.

La nueva tecnología de pasivación y el diseño de la célula se presentaron en el estudio “Selective passivation of pyramid peaks for 32.9%-efficient perovskite/silicon tandem solar cells” (Pasivación selectiva de picos piramidales para células solares tándem de perovskita/silicio con una eficiencia del 32,9 %), publicado en Matter. El equipo de investigación estuvo integrado por científicos del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo de China (NIMTE), la Universidad de Soochow, la Universidad de Taizhou y S.C Exact Equipment Co.