Célula solar flexible basada en perovskita con 21.0% de eficiencia y alta durabilidad

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Un grupo internacional de investigadores ha desarrollado una célula solar de perovskita de película delgada flexible con una eficiencia del 21,0%.

La capa de perovskita para la celda, que tiene un diseño «n-i-p», se fabricó con una capa de recubrimiento de haluro metálico colocada encima de una película de perovskita de haluro metálico tridimensional. Este diseño, según los científicos, proporciona una encapsulación sellada herméticamente, que tradicionalmente es difícil de obener en las células de perovskita flexibles, y también mejora las propiedades fotoportadoras en la interfaz entre la película de perovskita y la capa de transporte de huecos (HTL).

«Esta capa de recubrimiento de de baja dimensión (LD) no solo reduce la propensión de la celad a fracturarse cuando se dobla, sino que también brinda protección contra la entrada de elementos ambientales», explicaron los académicos en el estudio “Flexible perovskite solar cells with simultaneously improved efficiency, operational stability, and mechanical reliability«, que se publicó recientemente en Joule.

El precursor de perovskita se depositó mediante recubrimiento por rotación sobre sustratos hechos de óxido de estaño fluorado (FTO) y vidrio, seguido de un recocido térmico a 100 C. La capa de perovskita se interpuso entre una capa de transporte de electrones de óxido de estaño (IV) (SnO2) y la capa de transporte de huecos hecha de Spiro-OMeTAD. Se utilizaron óxido de indio y estaño (ITO) y oro (Au) como electrodos conductores en ambos lados de la celda.

El dispositivo mostró una densidad de corriente de cortocircuito de 23,5 mA.cm2, un voltaje de circuito abierto de 1,15 V, un factor de llenado (FF) de 0,779 y una eficiencia de conversión de potencia del 21,0%. Los académicos describieron estos resultados como sin precedentes. Una celda con la misma arquitectura pero sin el recubrimiento del perovskita exhibió una eficiencia del 18,4%. La celda con taponamiento, además, mostró una degradación de solo hasta un 90% de la eficiencia inicial después de 800 horas, mientras que el dispositivo sin taponamiento se degradó al 79% después de 475 horas.

Los investigadores también analizaron la celda solar a través de pruebas de flexión cíclica y encontraron que las películas delgadas tienen una durabilidad de flexión «sin precedentes», ya que las celdas pueden retener el 81% de su eficiencia inicial después de 20.000 ciclos. Este valor para las celdas sin la capa de cobertura fue solo del 54%.

«Esta resistencia al agrietamiento en películas delgadas tiene efectos beneficiosos en cascada», dijeron los investigadores. «Primero, la capa de recubrimiento, además de proteger la película delgada subyacente de la degradación ambiental, reduce el agrietamiento en la película delgada, lo que previene aún más el ataque ambiental».

El grupo de investigación incluyó a científicos de la Universidad Brown en los Estados Unidos y la École polytechnique fédérale de Lausanne, así como a la Universidad Tecnológica de Dalian y la Universidad Normal de Shaanxi en China.

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