Un equipo internacional de investigación realizó una revisión exhaustiva de todos los tipos de células solares con contacto posterior (BC, por sus iniciales en inglés) con el objetivo de acelerar su desarrollo comercial.
Los científicos agruparon los tipos de célula según sus diseños, mecanismos de transporte de carga, estrategias de fabricación y desafíos emergentes, y crearon dos categorías principales: dispositivos de contacto posterior interdigitado (IBC) y dispositivos de contacto posterior cuasi-interdigitado (QIBC).
Destacaron que el diseño de contacto posterior, comparado con las estructuras de tipo sándwich convencionales, puede reducir la tolerancia efectiva a defectos de la célula, siendo la calidad de las conexiones de los electrodos un factor clave para prevenir esta situación.
“En las células solares de perovskita con contacto posterior, donde la extracción de carga también depende de contactos selectivos enterrados, el rendimiento del dispositivo depende no sólo de la alineación de bandas, sino también de la calidad de la interfaz y de la gestión de defectos”, explicaron. “La aplicación de capas de pasivación sobre la capa de perovskita podría mejorar tanto la estabilidad operativa como la eficiencia de los dispositivos, al incrementar la tolerancia a defectos y suprimir la recombinación no radiativa en los puntos defectuosos”.
Los investigadores también resumieron las ventajas y desventajas de las configuraciones tradicionales tipo sándwich de silicio IBC y QIBC, y recalcaron que tanto las células de perovskita IBC como QIBC requieren una capa aislante adicional, la cual soluciona varios retos presentes en los diseños originales de células solares de silicio IBC.
“Esta capa aislante entre los electrodos reduce el riesgo de derivación y permite controlar más fácilmente el espacio entre electrodos, facilitando una fabricación más fiable”, declaró el grupo. “La arquitectura QIBC también admite el depósito por capas sucesivas de materiales selectivos de carga y de los electrodos correspondientes, y es compatible con distintas técnicas de conformado”.
El estudio subrayó además las limitaciones actuales que las células BC de perovskita deben superar para alcanzar la madurez comercial. Esto incluye métodos de fotolitografía costosos, baja selectividad de materiales, extracción de carga desequilibrada en la interfaz entre el absorbente de perovskita y la capa de transporte de electrones, y limitaciones de longitud de difusión de carga en materiales de perovskita de haluro de plomo.
Los académicos expusieron una estrategia para optimizar la estructura nanofotónica y la captación de luz en células BC de perovskita. Sugerieron mejorar la optimización del ETL mediante transporte de electrones, usar recubrimientos antirreflectantes (ARC), y optimizar las propiedades de la película de perovskita, entre otras propuestas.
“Para que la tecnología de contacto posterior en PSCs avance más, es fundamental enfocarse en técnicas de conformado de bajo costo, además de desarrollar una visión clara sobre la dinámica de transporte de portadores, la migración iónica y los efectos de reciclaje de fotones en el rendimiento general del dispositivo”, agregaron. “Se deben desarrollar métodos alternativos que permitan fabricar electrodos de contacto posterior de bajo coste, alta resolución y alto rendimiento”.
Su revisión puede consultarse en el artículo “Revolutionizing light capture: a comprehensive review of back-contact perovskite solar cell architectures” (Revolucionando la captura de luz: una revisión exhaustiva de las arquitecturas de células solares de perovskita de contacto posterior), publicado en Materials Today. El equipo de investigación está integrado por científicos de la Universidad de Kanazawa de Japón, la Universidad de California y la Universidad Islámica de Medina en Arabia Saudita.
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