Un grupo internacional de científicos dirigido por la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, ha desarrollado una célula solar de perovskita con una arquitectura de heterounión 2D/3D.
“La célula podría utilizarse en todos los sistemas fotovoltaicos convencionales, así como en los sistemas solares integrados en vehículos (VIPV, por sus siglas en inglés) y fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV)”, explica a pv magazine Ding Yong, autor correspondiente de la investigación.
La célula utiliza una capa de perovskita 2D en la interfaz entre la perovskita y la capa de transporte de huecos, lo que, según los investigadores, puede mejorar el transporte/extracción de portadores de carga al tiempo que suprime la migración de iones. Las células con esta arquitectura suelen presentar grandes energías de enlace de excitones y suelen ser más estables que los dispositivos 3D convencionales debido a la protección que proporcionan los ligandos orgánicos.
“Las moléculas interlaminares de las perovskitas 2D pueden saturar eficazmente la superficie de la perovskita 3D para reducir los defectos superficiales durante el proceso de fabricación, lo que conduce a la formación de una compensación de energía potencial para la pasivación de efecto de campo”, afirman los científicos.
El grupo construyó la célula con un sustrato de óxido de estaño (FTO), una capa de transporte de electrones de óxido de titanio (TiO2) y óxido de estaño(IV) (SnO2), una capa de perovskita 3D, una capa de perovskita 2D, una capa de transporte de huecos spiro-OMeTAD y un contacto metálico de oro (Au).
Para fabricar el absorbente de perovskita 2D, los académicos utilizaron un precursor conocido como yoduro de n-butilamonio (BAI), que, según afirmaron, puede aumentar la energía de activación de la capa hasta 0,52 eV. “Este aumento suele atribuirse a la mayor energía de migración debida a la gran distancia entre las separaciones entre capas de la perovskita 2D”, explicaron además.
Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula alcanzó una eficiencia de conversión energética del 25,32%, una tensión de circuito abierto de 1,159 V y un factor de llenado del 83,9%. En comparación, un dispositivo de referencia sin la capa 2D alcanzó una eficiencia del 23,02%, una tensión en circuito abierto de 1,120 V y un factor de llenado del 78,9%.
“El valor de eficiencia del 25,32% obtenido es un récord para las células solares de perovskita basadas en 2D/3D”, afirma el equipo, que señala que el dispositivo también fue capaz de conservar el 90% de sus valores iniciales tras 2000 h de funcionamiento.
Con esta célula, los científicos también construyeron un minimódulo que alcanzó una eficiencia del 21,39%, una tensión en circuito abierto de 9,416 V y un factor de llenado del 80,3%. “Creemos que estos módulos pueden alcanzar una eficiencia del 23%”, afirma Yong. “Su producción comercial está prevista para dentro de tres años. Estimamos los costos de las células en 0,02 dólares/kWh, y el tiempo de amortización de la energía es de 6 meses”.
La tecnología de las células se presenta en el artículo “Visualizing Interfacial Energy Offset and Defects in Efficient 2D/3D Heterojunction Perovskite Solar Cells and Modules” (Visualización de la compensación de energía interfacial y los defectos en módulos y células solares de perovskita de heterounión 2D/3D eficientes), publicado en Advanced Materials. El grupo de investigación está formado también por científicos procedentes de la Academia China de Ciencias (CAS) y la Universidad de Pekín (China).
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