Los recientes avances en el desarrollo de células solares de perovskita para aplicaciones de interior han dado lugar a una eficiencia de conversión de energía en interiores superior al 40%, impulsada por mejoras en la pasivación de defectos tanto a granel como interfaciales, según un equipo de investigación dirigido por la Universidad Tecnológica Ming Chi de Taiwán.
Con esta idea en mente, el grupo trató de optimizar aún más esta tecnología celular mediante el uso de monocapas autoensambladas (SAM, por sus iniciales en inglés), que supuestamente mejoran el crecimiento de la perovskita y sus propiedades optoelectrónicas. El autor principal de la investigación, Chih-Ping Chen, declaró a pv magazine que la célula alcanzó una eficiencia de conversión energética del 42% en interiores bajo iluminación LED de 3.000 K a 1.000 lux.
«Este avance pone de relieve el potencial de nuestro método para seguir avanzando en las tecnologías de células solares de perovskita (PSC) para interiores, ampliando su aplicabilidad en entornos con poca luz», afirma Chen. «Nos centramos específicamente en los efectos de pasivación de cuatro SAM ampliamente utilizadas para la modificación del óxido de níquel(II) (NiOx) en células solares de perovskita invertida, con MeO-2PACz y 4PADCB emergiendo como particularmente eficaces en la modificación de la capa selectiva de agujeros (HSL), la optimización de las propiedades superficiales y la mejora de la alineación de los niveles de energía».
El equipo de investigadores estudió, en particular, el efecto de cuatro SAM con distintas longitudes de enlace y grupos funcionales terminales sobre las películas críticas de NiOx/perovskita, que depositaron mediante recubrimiento por rotación. Las SAM aplicadas fueron 2PACz, MeO-2PACz, 4PADCB y Me-4PACz.
Los investigadores analizaron el rendimiento de las células de perovskita fabricadas con capas de NiOx modificadas con SAM y capas de perovskita de banda ancha basadas en Cs0,18FA0,82Pb(I0,8Br0,2)3, y descubrieron que alcanzaban un «rendimiento impresionante» que superaba el 20% de eficiencias de conversión de energía bajo luz solar simulada a una intensidad de AM 1,5 G 100 mW/cm2.
También descubrieron que los dispositivos MeO-2PACz y 4PADCB con mejor rendimiento tenían una eficiencia del 20,19% y el 20,18%, respectivamente. Esto contrasta con el mejor rendimiento de la célula de referencia, que tenía una eficiencia del 14,98%. También observaron una mejora de los valores de tensión en circuito abierto y factor de llenado de los dispositivos objetivo.
Los dispositivos objetivo presentaron una «mejora notable» en comparación con el dispositivo de control, que los investigadores atribuyeron a la reducción de la recombinación no radiativa y a un mejor movimiento de los portadores, lo que sugiere una reducción de la densidad de defectos en la interfaz HSL/perovskita.
Las células se fabricaron con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), la película de NiOx, SAMs, un absorbedor de perovskita, una capa de transporte de electrones basada en éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM), una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag).
«Nuestra estrategia no sólo mejora significativamente los valores del factor de llenado, sino que también allana el camino para las PSC basadas en NiOx de aplicaciones de captación de luz en interiores», concluyeron los investigadores.
La novedosa arquitectura de la célula se describe en «Achieving over 42 % indoor efficiency in wide-bandgap perovskite solar cells through optimized interfacial passivation and carrier transport» (Conseguir una eficiencia en interiores superior al 42 % en células solares de perovskita de banda ancha mediante pasivación interfacial optimizada y transporte de portadores), publicado recientemente en Chemical Engineering Journal.
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