Una célula solar de puntos cuánticos de perovskita alcanza una eficiencia récord del 12,70%

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Un grupo de investigadores de Corea del Sur ha desarrollado una célula solar flexible de puntos cuánticos basada en la perovskita todo-inorgánica de yoduro de cesio-plomo (CsPbI3), también conocida como perovskita negra. Las células construidas con puntos cuánticos son conocidas por mostrar altos rendimientos cuánticos de fotoluminiscencia (PL, por sus iniciales en inglés), debido a su gran tolerancia a los defectos, y altos voltajes de circuito abierto.

Los puntos cuánticos son partículas diminutas de semiconductores que pueden transportar una carga y pueden fabricarse con diversos materiales. Hace tiempo que se investigan como posibles materiales para células solares. Las basadas en perovskitas han resultado especialmente atractivas para los investigadores del sector fotovoltaico, que ya han demostrado eficiencias superiores al 16%.

Según los científicos coreanos, la ventaja de los puntos cuánticos de perovskita CsPbI3 consiste en su capacidad para depositarse fácilmente sobre cualquier sustrato con el grosor deseado a nanoescala mediante un método de capa por capa (LBL) a temperatura ambiente. “Este proceso tan sencillo y a baja temperatura facilita la fabricación de dispositivos incluso en sustratos ligeros y flexibles basados en polímeros”, explicaron.

Otra característica importante de la célula es su capa de transporte de electrones (ETL), fabricada con óxido de estaño (SnO2) procesado a temperatura ambiente y destinada a mejorar el rendimiento fotovoltaico mediante el control del nivel de energía, minimizando al mismo tiempo los daños al sustrato polimérico gracias al proceso a baja temperatura. “El nivel de energía del SnO2 se controla dopando iones de galio para reducir el desajuste del nivel de energía con los puntos cuánticos de perovskita”, explican los investigadores.

El grupo construyó la célula con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), la ETL basada en SnO2, el absorbedor CsPbI3-QD, una capa de transporte de huecos (HTL) basada en Spiro-OMeTAD y un contacto metálico de oro (Au).

Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula alcanzó una eficiencia de conversión de potencia de f 12,70%, que según los científicos es la más alta registrada hasta la fecha para todos los tipos de células solares de puntos cuánticos flexibles. Además, la célula conservó en torno al 94% de su eficiencia inicial tras 500 pruebas de flexión.

“Se espera que las películas de puntos cuánticos de perovskita CsPbI3 proporcionen una mayor estabilidad mecánica que las películas de perovskita a granel debido a sus límites de grano a nanoescala y a sus ligandos superficiales blandos, lo que subraya su potencial como componentes de dispositivos flexibles”, explicaron además.

La nueva célula solar se presentó en el estudio “Completely annealing-free flexible Perovskite quantum dot solar cells employing UV-sintered Ga-doped SnO2 electron transport layers” (Células solares de punto cuántico de perovskita flexibles y completamente libres de recocido que emplean capas de transporte de electrones de SnO2 dopadas con Ga y sinterizadas con UV), publicado en npj flexible electronics. El grupo de investigación estaba formado por científicos de las universidades surcoreanas de Hanyang y Kookmin.

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