Un equipo internacional dirigido por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de EE.UU. ha aplicado una nueva sal iónica en la interfaz de la capa de transporte de electrones (ETL) de las células solares de perovskita invertida para superar los puntos débiles de las ETL de buckminsterfullereno (C60) optimizadas que se utilizan habitualmente.
Las células de perovskita invertida tienen una estructura de dispositivo conocida como «p-i-n», en la que el contacto selectivo de huecos p está en la parte inferior de la capa intrínseca de perovskita, i con la capa de transporte de electrones, n en la parte superior. Las células de perovskita de haluro convencionales tienen la misma estructura pero invertida: una disposición «n-i-p». En la arquitectura n-i-p, la célula solar se ilumina a través del lado de la capa de transporte de electrones (ETL); en la estructura p-i-n, se ilumina a través de la superficie HTL.
«Uno de los grandes problemas de la pila convencional de dispositivos es la débil interfaz entre la capa absorbente de perovskita y la ETL», explica a pv magazine Kai Zhu, autor correspondiente de la investigación.
Para resolver este problema, los investigadores desarrollaron una sal iónica sintetizada a partir de C60, denominada CPMAC en el estudio. El acrónimo CPMAC es la abreviatura de N-metilglicina, y moléculas de 4-formilbencilcarbamato de terc-butilo y ácido clorhídrico. Reacciona con el C60, para formar una sal iónica llamada 4-(1′,5′-dihidro-1′-me-til-2’H-[5,6] fullereno-C60-Ih-[1,9-c]pirrol-2′-il)cloruro de fenilmetanaminio.
«Estamos muy satisfechos de que nuestra nueva sal iónica CPMAC pueda reforzar significativamente esta interfaz en un factor de tres, y de que no afecte negativamente al funcionamiento del dispositivo», afirma Zhu.
En el estudio, los investigadores utilizaron la sal CPMAC como «lanzadera de electrones» en células solares de perovskita invertida (PSC) y minimódulos. «Esta capa de sal iónica abordó fundamentalmente las desventajas de la capa molecular de C60», señalaron los investigadores.
Los resultados de las pruebas de la célula solar de perovskita no encapsulada con CPMAC mostraron una eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 26% con una degradación del 2% tras 2.100 horas de funcionamiento estándar a 1 sol a 65 ºC. La PSC tuvo una eficiencia del 25,5% con una degradación de aproximadamente el 5% tras 1.500 horas de funcionamiento a 85 ºC.
Los minimódulos de 6 cm2 alcanzaron un PCE del 23% con menos del 9% de degradación tras 2.200 horas de funcionamiento a 55 ºC, según la investigación.
El trabajo se describe en «C60-based ionic salt electron shuttle for high-performance inverted perovskite solar modules» (Lanzadera electrónica de sal iónica basada en C60 para módulos solares de perovskita invertida de alto rendimiento), publicado en Science.
El equipo estaba formado por investigadores de CubicPV, la Universidad de Colorado en Boulder, la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Toledo, todas ellas con sede en Estados Unidos, así como de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah de Arabia Saudí y la Universidad de Newcastle del Reino Unido.
Los científicos planean explorar el potencial de la deposición de soluciones a partir de los resultados de la investigación. «Esta capa de CPMAC puede depositarse mediante procesamiento en solución, lo que resulta atractivo para la fabricación a gran escala. Tenemos previsto seguir desarrollando las condiciones de procesamiento en solución e integrar este nuevo material en plataformas de módulos de gran tamaño», declaró Zhu.
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