Un equipo internacional de investigación ha fabricado una célula solar en tándem de perovskita-silicio de 1 cm2 que utiliza una célula superior basada en un absorbedor de perovskita que integra tiocianato de cobre(I) inorgánico (CuSCN).
«En primer lugar, se ha desarrollado una estrategia de co-deposición de CuSCN y perovskita para resolver el reto técnico clave de fabricar una célula superior de perovskita sobre células inferiores de silicio texturizado», explicó a pv magazine el autor correspondiente de la investigación, Xingbo Yang. «Además, el CuSCN inorgánico también se aplica por primera vez en células solares en tándem de perovskita/silicio, y los dispositivos resultantes demuestran una extraordinaria estabilidad a la luz y al calor húmedo».
Los investigadores explicaron que decidieron construir la célula superior sin una capa de transporte de huecos (HTL, por sus iniciales en inglés), ya que las HTL utilizadas en las células superiores de los dispositivos en tándem suelen sufrir defectos causados por una deposición no conforme o por la deshumectación. Depositaron la tinta precursora de perovskita con CuSCN directamente sobre la capa de recombinación de óxido de indio y estaño (ITO) de una célula inferior de heterounión (SHJ) con una eficiencia del 24.42%.
«Se ha confirmado que nuestro método permite formar contactos locales colectores de huecos mediante la incrustación de CuSCN en el dispositivo, lo que da lugar a una estructura de dispositivo diferente a la de una configuración p-i-n común y clásica basada en una fina monocapa de autoensamblaje (SAM) sobre capas de recombinación como el ITO», explicó Yang.
Esquema de la célula solar
Imagen: Universidad de Soochow
Los científicos construyeron la célula superior con un sustrato de ITO, contactos pasivantes a base de monóxido de silicio (poli-SiOx), el absorbedor de perovskita incrustado de CuSCNE, una capa de óxido de estaño (SnO2), una capa de transporte de electrones (ETL) de fullereno de Buckminster (C60) y un revestimiento antirreflectante a base de fluoruro de magnesio (MgF2).
En esta configuración de celda, la fase CuSCN incrustada en los límites de grano de la perovskita actúa tanto como un eficiente contacto local colector de huecos como un pasivador de defectos. «Verificamos que el CuSCN se agrega a cierta profundidad en los límites de grano de la superficie de perovskita enterrada, formando contactos locales de captación de huecos para una transferencia eficiente de huecos y una pasivación de los límites de grano», subrayan los investigadores.
Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo en tándem alcanzó una eficiencia de conversión energética del 31.46%. También fue capaz de conservar el 93.8% de la eficiencia inicial tras unas 1.200 h de seguimiento del punto de máxima potencia a 45 ºC, y el 90.2% tras más de 1.000 h de pruebas de calor húmedo a 85 ºC y 85% de humedad relativa.
«Para que sean comercialmente valiosos, se ha verificado el escalado de los dispositivos en tándem con un área de apertura de 4 cm2 realizada tanto por recubrimiento por rotación como por recubrimiento de láminas, demostrando eficiencias de conversión de potencia de apertura competitivas del 28.14% y el 25.23%, respectivamente», añadió Yang. «Esto indica la gran escalabilidad y universalidad de nuestro método de codeposición».
El dispositivo se presentó en el estudio «Efficient and stable perovskite-silicon tandem solar cells with copper thiocyanate-embedded perovskite on textured silicon» (Células solares en tándem de perovskita y silicio estables y eficientes con perovskita incorporada en tiocianato de cobre sobre silicio texturizado), publicado en nature photonics. El equipo de investigación estaba formado por científicos de la Universidad de Soochow, la Universidad de Zhejiang y la Universidad Politécnica de Hong Kong (China), así como de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) de Arabia Saudí y el proveedor chino de equipos de producción fotovoltaica Maxwell Technologies.
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