Tiocianato de cobre para eliminar las fugas de humedad en las células fotovoltaicas de perovskita

Investigadores del Departamento de Ciencia y Tecnología de la India han fabricado una célula solar de perovskita con un material transportador de huecos (HTM) hecho de tiocianato de cobre (CuSCN), que es un semiconductor inorgánico con un amplio bandgap energético de 3,9 eV.

En el artículo “Dual-functional inorganic CuSCN for efficient hole extraction and moisture sealing of MAPbI3 perovskite solar cells” (CuSCN inorgánico de doble función para la extracción eficaz de huecos y el sellado contra la humedad de células solares de perovskita MAPbI3), publicado recientemente en Material Advances, los científicos explican que el CuSCN ha surgido como un HTM estable para sustituir al precursor Spiro-OMeTAD, ya que este último provoca la entrada de humedad en la célula, lo que a su vez degrada el absorbedor de perovskita y reduce el rendimiento de la célula solar.

“Con una buena transparencia en las regiones visible e infrarroja cercana, las posiciones de banda adecuadas de los dispositivos basados en CuSCN muestran eficiencias coincidentes”, afirman. “La procesabilidad a baja temperatura basada en soluciones, la rentabilidad y la reproducibilidad han hecho factible la viabilidad industrial”.

Los científicos construyeron la célula con un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de electrones de óxido de titanio (TiO2), una perovskita de haluro denominada α-formamidinio yoduro de plomo conocida como α-FAPbI3, el HTM de CuSCN y un contacto metálico de oro (Au).

“Las películas de MAPbI3 se depositaron mediante un proceso de un solo paso”, explicaron. “A continuación, las películas de perovskita se recubrieron con el material transportador de huecos, seguido de la evaporación térmica de Au a una presión de 10-6 mbar. Para la arquitectura sin HTM, las películas de MAPbI3 se recubrieron con oro sin deposición de HTM”.

Los académicos analizaron el rendimiento de la célula solar y lo compararon con el de una célula solar de referencia con la misma configuración y un HTM Spiro-OMeTAD. Las mediciones mostraron que el dispositivo basado en CuSCN alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 10,1%, frente al 10,0% de la célula de referencia.

“La célula basada en CuSCN conservó el 70% de su eficiencia inicial gracias a la robustez del HTM de CuSCN, que se refleja en que los dispositivos presentan un elevado ángulo de contacto con el agua”, señalaron.

Señalaron que la célula consiste en reducir las fugas de humedad en el dispositivo, algo habitual en las células que utilizan Spiro-OMeTAD.

“Aquí se demuestra que el papel de la interfaz CuSCN-Au sólo actúa como capa protectora de la película de perovskita impidiendo la entrada de humedad, a diferencia de las interfaces espiro-Au y MAPbI3-Au, que facilitan la penetración”, concluyeron. “Este estudio demuestra que recubrir la perovskita con el HTM CuSCN sirve como capa protectora contra la humedad sin ninguna modificación en la interfaz o en la capa absorbente de la perovskita”.