Recortar las pérdidas ópticas en las células perovskitas en tándem

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Investigadores de la Universidad española Carlos III de Madrid afirman haber reducido significativamente las pérdidas ópticas en una célula solar tándem monolítica y nanoestructurada de silicio-perovskita mediante el uso de un nuevo diseño.

Se dice que estos dispositivos de células tándem de dos terminales ofrecen una alta eficiencia de conversión, debido a un gran número de capas, pero también sufren importantes pérdidas ópticas debido al gran número de interfaces.

“Nuestro diseño propuesto aumenta el rendimiento de ambas subcélulas mediante la gestión de la luz hacia la capa activa, así como mediante la minimización de las pérdidas de reflexión en las interfaces”, escribieron los científicos en el documento “A monolithic nanostructured-perovskite/silicon tandem solar cell: feasibility of light management through geometry and materials selection”, publicado en Nature.

Ajuste correcto de corrientes

El equipo de Madrid dijo que el juste correcto entre corrientes subcelulares era crucial para reducir las pérdidas ópticas, y en particular las pérdidas de reflexión, que de otra manera se exhibirían durante la extracción de las cargas foto-generadas.

“El diseño simplificado de la célula solar comprende las siguientes capas de abajo arriba: contacto de plata (300 nm) / silicio cristalino (c-Si, 200 µm) / óxido de estaño indio (ITO, 44 nm) y una nanoestructura intercalada entre la capa de transporte de electrones (ETL) y la capa de transporte de huecos (HTL) con un ancho regulado por un espaciador dieléctrico (DS)”, señaló el documento.

Para la simulación, los investigadores utilizaron perovskita de yoduro de plomo de metilamonio (MAPbI3), una de las más aplicadas en la investigación de la energía solar, para rellenar los huecos entre las numerosas capas de las células. El análisis -que se dice que exploró las dimensiones geométricas y los materiales de la capa de transporte de electrones, la capa de transporte de huecos y el espaciador dieléctrico- permitió a los investigadores descubrir los rangos de valores de los índices de refracción que podrían permitir la minimización de las pérdidas ópticas.

Dificultad

El equipo de Madrid admitió que su arquitectura celular puede ser particularmente difícil de escalar hasta la producción en masa, pero señaló que, según la literatura, no sería inviable, ya que se han fabricado estructuras más complejas de un tipo similar.

“Obtenemos una reducción de las pérdidas ópticas, en particular son inferiores en más de un 33% a las de una célula plana, debido principalmente a una reducción de la reflectividad en el dispositivo”, escribieron los científicos. “Aparece una evidente reducción de las pérdidas usando la nanoestructura, logrando casi una reducción del 50% en el mejor de los casos.”

El equipo español afirma haber demostrado también una amplia gama de dimensiones de las capas que podrían permitir el ajuste correcto de corrientes entre ellas manteniendo un buen rendimiento óptico.

En julio de 2018, el instituto de investigación belga Imec anunció que había logrado una eficiencia del 27,1% en una célula en tándem perovskita/silicio reduciendo las pérdidas de interconexión.