Nuevo diseño de células solares en tándem 2T de perovskita-silicio con una eficiencia del 24,6%

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Un grupo de investigación dirigido por la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) ha desarrollado una nueva célula solar para aplicaciones en dispositivos fotovoltaicos en tándem de perovskita y silicio.

“Nuestros hallazgos demuestran el potencial del uso de capas interfaciales (n)nc-SiOx:H y (n)nc-Si:H en células solares en tándem para minimizar las pérdidas por reflexión en las interfaces entre las subcélulas de perovskita y silicio”, explica Yifeng Zhao, autor principal de la investigación. “Mediante la optimización de los efectos de interferencia, estas técnicas de gestión de la luz pueden aplicarse a diversas estructuras en tándem”.

La célula solar de perovskita, con una eficiencia del 19,1%, presenta un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO) y vidrio, una capa de transporte de huecos de carbazol (2PACz), un absorbedor de perovskita, una capa de transporte de electrones de buckminsterfullereno (C60), una capa amortiguadora de bathocuproine (BCP) y un contacto metálico de aluminio (Al).

En el dispositivo tándem, se empleó una capa de óxido de níquel(II) (NiOx) en la unión de recombinación para reducir la derivación eléctrica. La presencia de NiOx rico en hidroxilo facilitó el ensamblaje del 2PACz, lo que redujo las derivaciones eléctricas en las células superiores. Además, un recubrimiento antirreflectante basado en fluoruro de magnesio (MgF2) y la optimización del grosor de las capas de C60 y SnOx ayudaron a minimizar las pérdidas por reflexión.

La célula solar campeona alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 24,6%, una tensión de circuito abierto de 1,81 V, una corriente de cortocircuito de 18,1 mA/cm2 y un factor de llenado del 75,0%.

Utilizando capas de (n)nc-Si:H y (n)nc-SiOx:H con espesores de unos 95 nm y 115 nm, respectivamente, se consiguieron reducciones de la reflexión de 1,35 mA/cm2 y 1,51 mA/cm2 en las interfaces intermedias entre la perovskita y las células inferiores de c-Si, lo que permitió un mejor acoplamiento de la luz en las células solares de c-Si inferiores.

Presentaron la célula en “Optical Simulation-Aided Design and Engineering of Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells” (Diseño e ingeniería asistidos por simulación óptica de células solares monolíticas en tándem de perovskita/silicio), publicado recientemente en ACS Publications. El grupo de investigación incluye científicos de la Universidad Tecnológica de Eindhoven y de la Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada (TNO).

“Esta técnica puede adaptarse a distintos diseños de tándem para lograr una gestión óptima de la luz en dispositivos en tándem”, concluyen los científicos.

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