Presentan una célula solar de triple unión de perovskita-perovskita-silicio con una eficiencia del 26,4%

Científicos dirigidos por la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) de Arabia Saudita han fabricado una célula solar de triple unión perovskita-perovskita-silicio con una nueva estrategia de pasivación basada en la utilización de potasio y tiocianato.

“Mediante la combinación de perovskita de banda ancha modificada con aditivos sinérgicos y una estructura de dispositivo meticulosamente diseñada con consideraciones ópticas y eléctricas, hemos fabricado con éxito una célula solar de triple unión perovskita/perovskita/silicio en tándem de 1 cm2 con una eficiencia de conversión de potencia del 26,4%”, declaró a pv magazine el autor principal de la investigación, Stefaan de Wolf.

“Este logro no sólo representa la mayor eficiencia registrada en este campo, sino que también valida la viabilidad del concepto de célula solar de triple unión, sentando una sólida base para futuras investigaciones en este campo”, añadió Fuzong Xu, coautor del trabajo.

Los científicos trataron de resolver el problema de las perovskitas de amplio bando utilizando aditivos sinérgicos como el tiocianato potásico (KSCN) y el yoduro de metilamonio (MAI). De este modo se modifican las perovskitas orgánico-inorgánicas, al tiempo que se produce la pasivación de defectos, el agrandamiento de los granos y se mitiga la segregación de fases inducida por el tiocianato.

Para las células de perovskita superiores utilizadas en el dispositivo de triple unión, los investigadores utilizaron un material de perovskita conocido como Cs0.1FA0.9PbBr2.1I0.9, que modificaron con KSCN y MAI. Para la célula intermedia utilizaron la perovskita basada en FAPbI3.

La célula de triple unión se fabricó con una célula superior de perovskita con una eficiencia del 15,0% y un bandgap energético de 1,98 eV, una célula media de perovskita con una eficiencia del 22,9% y un bandgap energético de 1,52 eV, y una célula inferior de silicio con una eficiencia del 19,5% y un bandgap energético de 1,12 eV.

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo de triple unión alcanzó una eficiencia de conversión energética del 26,4%, una tensión de circuito abierto de 3,04 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 11,9 mA/cm2 y un factor de llenado del 72,9%. El equipo afirma que este notable rendimiento se debe principalmente a la alta eficiencia de la célula inferior de perovskita, que es una de las más altas jamás registradas para una célula con un bandgap tan alto.

“La elección de los aditivos sinérgicos fue estratégica, mitigando el impacto negativo, acelerando la segregación de fase fotoinducida, de los iones de tiocianato confinados al utilizar su reacción con el MA+ para evaporarse de las películas en forma de MA y gas HSCN a 100 C”, explicó Xu.

“En cuanto a la estructura del dispositivo, cabe destacar que la capa de interconexión de oro ultrafina, utilizada habitualmente en las células solares en tándem de perovskita/perovskita, resultó inadecuada para los dispositivos de triple unión debido a una absorción significativa en la región de respuesta a la luz de la unión central, limitando así la eficiencia global”, añadió de Wolf.

La célula solar se describe en el estudio “Monolithic perovskite/perovskite/silicon triple-junction solar cells with cation double displacement enabled 2.0 eV perovskites” (Células solares monolíticas de perovskita/perovskita/silicio de triple unión con perovskitas de 2,0 eV habilitadas con doble desplazamiento catiónico), publicado en Joule.

“Las células solares 3-J de perovskita/perovskita/Si con células superiores modificadas muestran una notable mejora de la eficiencia de conversión de potencia en comparación con las anteriores de última generación, allanando el camino hacia células solares monolíticas en tándem 3-J basadas en perovskita con una eficiencia superior a la de sus homólogas 2-J”, concluyen los científicos.