Científicos de Canadá, Estados Unidos y el Reino Unido han creado una célula solar de perovskita de triple unión con una eficiencia récord del 24,3% y un voltaje de circuito abierto de 3,21 V. Sus hallazgos se recogen en el artículo “Suppressed phase segregation for triple-junction perovskite solar cells” (Supresión de la segregación de fases en células solares de perovskita de triple unión), publicado recientemente en Nature.
El NREL ha certificado que la eficiencia de la célula en estado cuasi estacionario es del 23,3%.
“Hasta donde sabemos, se trata de la primera eficacia certificada de células solares de triple unión basadas en perovskita”, afirman los investigadores, que añaden que las células solares de triple unión de perovskita han demostrado hasta ahora una eficacia máxima en torno al 20%.
El equipo empezó utilizando la perovskita ABX3, que está hecha de una mezcla de distintas sustancias, como cesio, plomo, estaño, yodo, bromo y pequeñas moléculas orgánicas. Su capa superior está compuesta por perovskitas de haluros mixtos con una proporción especialmente alta de bromo (Br) y yodo (I).
“Lo que ocurre en la separación de fases inducida por la luz de estas perovskitas mixtas es que el bombardeo de fotones de alta frecuencia hace que las fases más ricas en bromo se separen de las ricas en yodo”, explica el Dr. Hao Chen, coautor principal del estudio. “Esto provoca un aumento de los defectos y una disminución del rendimiento general”.
Para superar este reto, los académicos utilizaron espectroscopia de resonancia magnética en estado sólido para simular el efecto de alterar la composición de los cristales. Descubrieron que la sustitución de las moléculas orgánicas por una estructura de perovskita totalmente orgánica y la sustitución del cesio (Cs) por el elemento rubidio (Rb) suprimían la separación de fases inducida por la luz (LIPS).
“Descubrimos que el Rb, con un radio catiónico menor que el Cs, puede doparse en la red de perovskita inorgánica y que el límite superior del contenido de dopaje de Rb está positivamente correlacionado con el contenido de Br”, explican los científicos. “Las perovskitas inorgánicas de cationes mixtos Rb/Cs de alrededor de 2,0 eV [intervalo de banda] con un mayor grado de distorsión de la red que sus homólogas basadas en Cs muestran un LIPS suprimido debido a la disminución de la distancia interatómica media del catión [Cs o Rb]-sitio y el I, y al aumento de la barrera energética de la migración de iones haluro”.
Las células de triple unión conservaron el 80% de su eficiencia inicial tras 420 horas de funcionamiento al punto de máxima potencia.
El equipo está formado por investigadores de la Universidad de Toronto (Canadá) y la Universidad Northwestern (Estados Unidos).
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