Investigadores de la Academia China de Ciencias (CAS) analizaron el comportamiento de degradación de los electrodos de cobre (Cu) en celdas solares de perovskita y descubrieron que una pronunciada corrosión lateral contribuye significativamente al deterioro del dispositivo.

Los científicos explicaron que, pese a sus ventajas de costo frente a sus equivalentes de oro (Au) y plata (Ag), los electrodos de Cu sufren desajustes en los niveles de energía, corrosión inducida por haluros y degradación relacionada con la humedad, y señalaron que estrategias recientes, entre ellas capas amortiguadoras, aleaciones y capas intermedias moleculares, han mejorado la estabilidad de los electrodos de Cu, particularmente en las arquitecturas convencionales n-i-p de celdas solares de perovskita.

Su análisis incluyó un tipo de celda de perovskita que integra una capa amortiguadora de trióxido de molibdeno (MoO3). La optimización inicial del dispositivo mostró que la incorporación de esta capa mejoró la extracción de huecos y permitió que la celda alcanzara eficiencias comparables a las de los dispositivos basados en Ag. Sin embargo, las pruebas de estabilidad operativa revelaron rápidas pérdidas de rendimiento debido a la corrosión lateral localizada y al aumento de la resistencia interfacial.

El análisis microscópico confirmó que la corrosión se origina en los bordes del Cu y se extiende gradualmente hacia el interior, dañando tanto el electrodo como la capa de perovskita subyacente. Las mediciones de fotoluminiscencia resuelta en el tiempo, fotocorriente transitoria y fotovoltaje transitorio mostraron un aumento en la formación de defectos y una mayor recombinación no radiativa en las regiones degradadas.

El mecanismo de degradación se atribuyó a la descomposición de la perovskita inducida por la luz, que libera iones de yoduro que migran hacia el electrodo de Cu y reaccionan para formar compuestos corrosivos de yoduro de cobre (CuI). Análisis posteriores confirmaron una acumulación significativa de yodo cerca del electrodo de Cu envejecido.

Para abordar estos problemas, los investigadores introdujeron una fina capa intermedia de bismuto (Bi) entre el MoO3 y el Cu, creando una barrera protectora contra la difusión del yodo y la corrosión del Cu. Los dispositivos basados en Bi demostraron una mayor estabilidad operativa y conservaron una proporción significativamente mayor de su eficiencia inicial después de una iluminación prolongada.

El efecto protector del Bi se relacionó con su mayor resistencia a las reacciones con haluros y con su capacidad para impedir la formación de CuI en la interfaz.

Análisis posteriores mostraron que la región de superposición entre el óxido de indio y estaño (ITO) y el Cu actúa como una zona de protección eléctrica al mejorar la extracción de carga y reducir la migración de iones.

En contraste, las regiones sin cobertura de ITO experimentaron acumulación de carga, lo que favoreció la migración de yoduro y la corrosión del electrodo. Las mediciones de corriente inducida por un haz de luz confirmaron que las zonas con una extracción eficiente de portadores eran menos vulnerables a la degradación.

“La corrosión lateral del electrodo de Cu sobre la superficie de MoO3 solo se encontró en los bordes, mientras que el área de superposición entre el ITO y el electrodo de Cu permanece intacta”, afirmaron los científicos. “Esta corrosión lateral se confirmó inicialmente mediante el desprendimiento del electrodo y posteriormente se examinó con un microscopio y mediante microscopía electrónica de barrido (SEM)”.

“Los resultados indican que no se produce corrosión lateral cuando únicamente se ilumina el área activa”, concluyeron. “El resultado muestra que el Bi funciona como un material resistente a la corrosión que no solo resulta beneficioso para mejorar la estabilidad y el rendimiento del dispositivo, sino también para suprimir la corrosión del electrodo de Cu”.

Sus hallazgos están disponibles en el artículo “Unexpected side Cu corrosion at Cu/MoO₃ interface in Cu-based n-i-p type perovskite solar cells” (Corrosión lateral inesperada del Cu en la interfaz Cu/MoO3 en celdas solares de perovskita de tipo n-i-p basadas en Cu), publicado en Materials & Design.