Una célula solar de perovskita invertida con óxidos de estaño dopados con antimonio alcanza una eficiencia del 25,7%

Un grupo internacional de investigación dirigido por la Universidad Nacional de Singapur (NSU) ha fabricado una célula solar de perovskita invertida colocando óxidos de estaño dopados con antimonio (ATOx) de tipo p combinados con carbazol metil-sustituido (Me-4PACz) como capa intermedia entre el absorbedor de perovskita y la capa transportadora de huecos (HTL).

“ATOx es robusto y capaz de evitar las típicas reacciones de desprotonación interfacial que se observan en la interfaz óxido de níquel (NiOx)/perovskita, por lo que forma una interfaz químicamente estable con la perovskita”, declaró a pv magazine Hou Yi, autor correspondiente de la investigación. “El ATOx suprime eficazmente la recombinación no radiativa y aumenta el tiempo de vida de los portadores en la perovskita. Además, mejora el transporte de portadores en la interfaz ATOx/perovskita debido a su conductividad superior”.

Las células de perovskita invertida tienen una estructura de dispositivo conocida como “p-i-n”, en la que el contacto selectivo de huecos p está en la parte inferior de la capa intrínseca de perovskita i con la capa de transporte de electrones n en la parte superior. Las células de perovskita de haluro convencionales tienen la misma estructura pero invertida, una disposición “n-i-p”. En la arquitectura p-i-n, la célula solar se ilumina a través del lado de la capa de transporte de electrones (ETL); en la estructura convencional n-i-p, se ilumina a través de la superficie de la capa de transporte de huecos (HTL).

Los científicos construyeron la célula con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una HTL de Me-4PACz, la capa intermedia de ATOx, el absorbedor de perovskita, una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag). Las nanopartículas de ATOx utilizadas en la célula tenían un tamaño de cristal de unos 10 nm y la capa de ATOx resultante tenía un grosor de unos 20 nm.

El grupo destacó que el ATOx mostraba una mayor transmitancia de 300 nm a 900 nm y un bandgap óptico de 4,46 eV, cercano al del compuesto más utilizado en las HTL, el óxido de níquel(II) (NiOx). “Las mediciones de microscopía de fuerza con sonda Kelvin (KPFM) revelan que tanto el ATOx modificado con Me-4PACz como el NiOx comparten la misma función de trabajo”, explicaron, refiriéndose a una capa intermedia de referencia que desarrollaron para una célula de referencia.

Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula solar alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 25,7% para un área de 0,05 cm2 y del 24,6% para un área de 1 cm2. Para ambos dispositivos, la eficiencia certificada en estado estacionario fue del 24,8% y el 24,0%, respectivamente. Estos valores fueron significativamente superiores a los alcanzados por la célula de referencia basada en NiOx.

Los dispositivos invertidos basados en ATOx también fueron capaces de conservar en torno al 90% de la eficiencia inicial durante 2.000 h y alrededor del 93% durante 500 h.

“Los dispositivos que utilizan ATOx reducen eficazmente la disparidad de eficiencia entre las células de perovskita de pequeña y gran superficie”, afirma Yi. “ATOx ofrece una combinación de alta eficiencia, estabilidad y escalabilidad como material de transporte de huecos, superior al NiOx utilizado habitualmente”.

El grupo de investigación describió el novedoso concepto de célula en el estudio “Enhancing the efficiency and longevity of inverted perovskite solar cells with antimony-doped tin oxides” (Mejora de la eficiencia y longevidad de las células solares de perovskita invertida con óxidos de estaño dopados con antimonio), publicado en nature energy.