El fabricante chino de módulos solares Longi ha presentado esta semana una nueva célula solar tándem perovskita-silicio basada en una monocapa autoensamblada asimétrica (SAM) destinada a reducir defectos de pasivación y aumentar la eficiencia.
Actualmente, las SAM se utilizan como capas de transporte de huecos de última generación en células solares basadas en perovskita, ofreciendo baja absorción parasitaria, rápida extracción de carga y pasivación efectiva de la interfaz enterrada de la perovskita. Sin embargo, controlar su grosor, densidad de empaque y orientación sigue siendo un gran desafío.
El nuevo dispositivo tándem fue desarrollado en colaboración con la Universidad de Soochow en China y se describió en el artículo “Efficient perovskite/silicon tandem with asymmetric self-assembly molecule” (Tándem perovskita/silicio eficiente con molécula de autoensamblaje asimétrico,), publicado recientemente en Nature.
“A diferencia de la mayoría de las SAM basadas en carbazol reportadas, que presentan una estructura molecular simétrica con átomos de nitrógeno enlazados a grupos anclaje de ácido fosfónico, construimos una SAM asimétrica basada en carbazol que incorpora espaciadores y grupos anclaje de ácido fosfónico flanqueando el anillo fenilo del núcleo de carbazol, sirviendo como capa selectiva de huecos en células solares perovskita-silicio”, dijo un portavoz de Longi a pv magazine.
Denominada HTL201, la nueva SAM mejora la cobertura y uniformidad en sustratos de silicio texturizados, optimizando al mismo tiempo la alineación de los niveles de energía interfaciales. “Simultáneamente, la fuerte interacción de coordinación entre HTL201 y la película de perovskita reduce eficazmente la recombinación no radiativa en la interfaz enterrada”, añadió el portavoz.
La SAM fue diseñada con una configuración vertical que, supuestamente, ofrece una interacción óptima con la capa de recombinación de óxido conductor transparente (TCO), lo que a su vez mejora la cobertura sobre el sustrato TCO. Además, se observó que la alineación de niveles de energía entre HTL201 y el absorbedor de perovskita mejora la extracción de huecos y reduce la recombinación no radiativa interfacial.
El equipo de investigación construyó la célula superior de perovskita con un contacto metálico de plata (Ag), una fina capa de fluoruro de litio (LiF) y moléculas de diioduro de etilendiamonio de cadena corta (EDAI). Además, utilizó una capa de transporte de electrones (ETL) hecha de fulereno (C60) evaporado térmicamente, una capa de óxido de estaño (SnO2), un contacto posterior transparente de óxido de indio y zinc (IZO), un absorbedor de perovskita y la SAM propuesta.
En cuanto al dispositivo inferior, Longi indicó que era una célula de silicio de heterounión texturizada por ambas caras, sin proporcionar más detalles ni especificar si utilizó la célula solar de contacto posterior (BC) de heterounión con eficiencia del 27,3% que presentó recientemente en otro artículo científico publicado en Nature – “Silicon heterojunction back-contact solar cells by laser patterning” (Células solares de contacto posterior con heterojunción de silicio mediante modelado láser).
Probada bajo condiciones estándar de iluminación, una célula solar tándem construida con esta configuración y un área de 1 cm² alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 34,58%, un voltaje de circuito abierto de 2,001 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 20,64 mA/cm² y un factor de llenado del 83,79%.
“La efectiva pasivación de defectos en la interfaz enterrada mejora la separación de nivel cuasi-Fermi de la capa de perovskita, lo que condujo a un impresionante voltaje de circuito abierto de 2 V”, explicó el portavoz. “Nuestra investigación proporciona soluciones técnicas críticas para el desarrollo de nuevos materiales SAM y el avance de la eficiencia tándem silicio-perovskita”.
Longi ostenta actualmente el récord mundial de eficiencia de conversión de potencia para células solares tándem perovskita-silicio con un dispositivo de 34,85% de eficiencia. El récord anterior también lo tenía Longi, que alcanzó una eficiencia del 34,6% para un dispositivo con la misma configuración en septiembre, cuando el fabricante publicó un artículo científico describiendo en detalle el diseño de la célula, que se presentó originalmente en noviembre de 2023.
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