Científicos dirigidos por la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) de Arabia Saudí han logrado una eficiencia de conversión de energía del 28,2% para una célula solar en tándem con una superficie de alrededor de 1 cm2, basada en una perovskita n-i-p apilada sobre una heterounión de silicio. El notable rendimiento se logró gracias a una novedosa estrategia para suprimir la segregación de haluros y reducir la pérdida por recombinación no radiativa, que consiste en utilizar carbazol, una molécula heterocíclica que contiene nitrógeno, como aditivo para el precursor de la perovskita de la célula.
“La célula podría utilizarse en paneles solares para aplicaciones a gran escala, en el espacio y también en otras aplicaciones que ahora puede cubrir el silicio convencional”, declaró el investigador Jiang Liu a pv magazine. “La tecnología de la célula podría ser fácilmente transferible a la producción comercial, como han demostrado Oxford PV y otros fabricantes chinos”.
Los investigadores afirman que la molécula es capaz de pasivar las trampas de carga profundas y suprimir la segregación de fase en las perovskitas de banda ancha, como la utilizada para su célula en tándem con un bandgap de 1,68 eV.
“Descubrimos que esta molécula orgánica heterocíclica que contiene nitrógeno interactúa con los aniones de haluro a través de enlaces de hidrógeno, inmoviliza las especies de haluro y pasiva los estados de trampa”, dijeron. “Concretamente, esto ocurre en los límites de los granos porque las moléculas de carbazol, con un radio molecular relativamente grande, no pueden incorporarse a la red de la perovskita”.
Se comprobó que el aditivo impedía la migración de iones en la película de perovskita incluso en condiciones de humedad, una de las principales causas de la segregación de haluros.
“Nuestros resultados muestran que la intensidad de la iluminación, la atmósfera ambiental y la pasivación de la trampa alteran la dinámica de la segregación de los haluros”, afirman los académicos. “En el caso de la superposición de múltiples factores de estrés, la segregación de haluros se produce más rápidamente, pero la adición de carbazol minimiza este comportamiento”.
La subcélula de perovskita de una sola unión se construyó sobre un sustrato de vidrio y una capa de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de huecos (HTL) hecha con el aditivo de carbazol 2PACz, la capa de perovskita, fluoruro de litio (LiF), una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag).
La célula solar desarrollada por el grupo saudí alcanzó una eficiencia del 28,6% para un dispositivo con una superficie de 1cm2 y del 27,1% para un área de más de 3,8 cm.
“Hemos verificado nuestras mediciones internas con una potencia estabilizada del 28,2%, certificada por un laboratorio acreditado, el Japan Electrical Safety & Environment Technology Laboratories”, afirman los científicos. “Nuestro dispositivo en tándem está a la altura de los dispositivos en tándem más avanzados de la literatura y representa el récord de PCE certificado para dispositivos en tándem de perovskita/Si de doble textura”.
En la actualidad, la célula solar en tándem de perovskita/silicio más potente es un dispositivo del 29,8% desarrollado recientemente por científicos del Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) en Alemania.
Los investigadores de la KAUST también realizaron una prueba de estabilidad de la célula. Comprobaron que podía conservar alrededor del 93% de su rendimiento original durante 43 días en entornos exteriores cálidos y húmedos. El equipo publicó todos los detalles técnicos en un informe reciente publicado en Joule. En julio, el equipo también demostró una célula en tándem de perovskita y silicio que alcanzó una eficiencia de conversión del 27%.
Fuente: pv-magazine-latam.com