Una célula solar en tándem de perovskita-perovskita-silicio alcanza una eficiencia récord del 27,1%

Un grupo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha fabricado una célula solar de triple unión perovskita-perovskita-silicio que integra iones de cianato (OCN) en un absorbedor de perovskita de banda ultraancha (UWBG).

“La incorporación de iones OCN reduce significativamente la recombinación no radiativa en la película de perovskita de banda ultraancha”, explicó a pv magazine Yi Hou, autor principal de la investigación. “Por lo tanto, las células solares de perovskita de unión única incorporadas con cianato pueden alcanzar un voltaje de circuito abierto más alto, de 1,422 V, en comparación con los 1,357 V de las células solares de perovskita convencionales”.

Los científicos explicaron que el OCN puede ser un sustituto adecuado del bromuro como material precursor en la estructura reticular de la perovskita. “Nuestra investigación confirma la incorporación a escala atómica de aniones OCN en la red de perovskita”, afirmó Hou. “La microscopía electrónica de transmisión (TEM) de bajo daño y resolución atómica confirma por primera vez el efecto de incorporación a resolución atómica. También es la primera vez que se obtienen imágenes TEM de resolución atómica de una película híbrida de perovskita de banda ultraancha”.

Los académicos fabricaron la célula de triple unión con un dispositivo inferior de silicio con una arquitectura de heterounión (HTJ), una célula solar de perovskita intermedia y una célula de perovskita superior que integraba el absorbedor de perovskita UWBG con un contenido de OCN del 5%.

El dispositivo de triple unión tenía una estructura que integraba la célula HJT, un sustrato de vidrio y óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de huecos (HTL) basada en un ácido fosfónico denominado carbazol metil-sustituido (Me-4PACz), un absorbedor de perovskita con un bandgap energético de 1. 55 eV, una capa de transporte de electrones (ETL) de buckminsterfullereno (C60), una capa de óxido de estaño (IV) (SnO2), otra capa de ITO, una HTL de óxido de níquel (II) (NiOx) y Me-4PACz, el absorbente de perovskita UWBG, una capa de transporte de electrones (ETL) de buckminsterfullereno (C60), una capa de SnO2, una capa de ITO y un fluoruro de litio (LiF) como dopante iónico inorgánico.

“La perovskita UWBG cubre uniformemente la célula central sin daños evidentes en la capa inferior”, explican los investigadores. “La superficie superior lisa y el sólido rendimiento de la semicelda de doble unión crean un sustrato ideal para la posterior deposición de perovskitas UWBG”.

Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula de triple unión alcanzó una eficiencia máxima del 27,62%, una tensión de circuito abierto de 3,132 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 11,58 mA/cm2 y un factor de llenado del 76,15%. En comparación, un dispositivo de referencia sin la incorporación de iones OCN alcanzó una eficiencia del 25,32%, una tensión en circuito abierto de 3,021 V, una densidad de corriente en cortocircuito de 11,48 mA/cm2 y un factor de llenado del 73,01%.

Según el equipo de investigación, la introducción de OCN eleva la tensión en circuito abierto de 1,357 V a 1,422 V y da lugar a la mayor combinación de tensión en circuito abierto y factor de llenado para células solares de perovskita UWBG. La célula también fue capaz de conservar en torno al 80% de su eficiencia original después de 300 h.

“Este logro supera con creces las eficiencias de conversión de potencia registradas hasta ahora por todos los demás tándems de triple unión basados en perovskita, así como por las células solares de silicio y perovskita de unión simple”, afirma Hou.

La célula se presentó en el estudio “Triple-junction solar cells with cyanate in ultrawide bandgap perovskites” (Células solares de triple unión con cianato en perovskitas de banda prohibida ultraancha), publicado en nature.