Una célula solar basada en perovskita híbrida de alta entropía alcanza una eficiencia del 25,7%

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Investigadores de la Universidad de Zhejiang, en China, han desarrollado por primera vez una célula solar de perovskita invertida basada en un material híbrido de perovskita de alta entropía que, según se informa, mejora la estabilidad del dispositivo al tiempo que proporciona excelentes niveles de eficiencia.

“Nuestro trabajo pone de relieve el potencial de un tipo de estructura de alta entropía, la perovskita híbrida de alta entropía (HEHP, por sus iniciales en inglés), para mejorar la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita”, declaró a pv magazine Jingjing Sue, autor correspondiente de la investigación. “Esta interesante estructura se caracteriza por la presencia de elementos orgánicos muy desordenados que inducen la ganancia de entropía y presentan una estabilidad térmica y una solidez estructural superiores a las de sus homólogos ordenados de un solo componente. Dada la riqueza química de las moléculas orgánicas, esperamos que este descubrimiento abra más oportunidades para ajustar las propiedades de las perovskitas y otros materiales relacionados”.

El equipo de investigadores explicó que el nuevo material tiene una estructura de perovskita monofásica multicomponente, que garantiza una estabilidad de fase superior a altas temperaturas en comparación con las perovskitas convencionales. La coexistencia de múltiples cationes orgánicos en el material propuesto se confirmó mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN).

“El monocristal de HEHP mostraba un conjunto de picos característicos de todos los cationes orgánicos constituyentes, que concordaba bien con el de la mezcla equimolar de los cinco cationes orgánicos”, señalaron los científicos. “Este monocristal se describiría mejor como una estructura híbrida construida por estructuras inorgánicas ordenadas e intercalaciones orgánicas desordenadas”.

Utilizando el HEHP, los investigadores construyeron una película de perovskita que supuestamente presenta una resistencia superior al agua y al calor húmedo. Con esta película, construyeron una célula solar de perovskita con una arquitectura convencional basada en un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de electrones (ETL) de óxido de estaño (SnO2), el absorbedor de perovskita, una capa de transporte de huecos basada en Spiro-OMeTAD y un contacto metálico de plata (Ag). Su rendimiento se comparó con el de un dispositivo de referencia con una película de perovskita similar sin el HEHP.

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo basado en HEHP alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 25,7%, una tensión de circuito abierto de 1,17 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,8 mA cm2 y un factor de llenado del 85,2%. El dispositivo de referencia alcanzó una eficiencia del 23,2%, una tensión en circuito abierto de 1,13 V, una densidad de corriente en cortocircuito de 25,1 mA cm2 y un factor de llenado del 81,7%.

La célula basada en HEHP también conservó más del 98% de su eficiencia inicial después de 1.000 h.

“Atribuimos la mejora de la tensión en circuito abierto y del factor de llenado a la reducción de las recombinaciones no radiativas y a la mejora de la interfaz tras la incorporación de HEHP”, explicaron los académicos. “La superioridad del HEHP sobre el componente único en la reducción de los trastornos electrónicos podría atribuirse a la coexistencia de múltiples tipos de cationes del sitio A que pueden interactuar sinérgicamente con varios defectos”.

El equipo confía en que el nuevo material de perovskita sea aplicable a distintas composiciones de perovskita y arquitecturas de célula. “Puede servir como estrategia universal y tolerante a errores para mejorar el rendimiento de las células solares de perovskita en diversos escenarios, lo que es crucial para mejorar el rendimiento de producción de los dispositivos de perovskita en la futura producción industrial en masa”, concluye.

Los detalles del nuevo concepto de célula figuran en el estudio “High-entropy hybrid perovskites with disordered organic moieties for perovskite solar cells” (Perovskitas híbridas de alta entropía con restos orgánicos desordenados para células solares de perovskita), publicado en nature photonics.

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