Célula solar de perovskita negra con un 15% de eficiencia

Share

Investigadores de la Dresden University of Technology (TUD), en Alemania, han fabricado una célula solar basada en perovskita de yoduro de cesio y plomo totalmente inorgánico (CsPbI3), que también se conoce como perovskita negra.

“Nuestra decisión de estudiar la CsPbI3 fue motivada por el hecho de que muestra una estabilidad superior en comparación con las perovskitas de haluro de plomo orgánico-inorgánico comúnmente utilizadas”, dijo la investigadora de TUD Yana Vaynzof a pv magazine. «Teniendo en cuenta que la estabilidad es uno de los desafíos clave que evita que la energía fotovoltaica de perovskita se aplique ampliamente en aplicaciones industriales, optamos por centrarnos en la composición de perovskita más prometedora y estable».

El grupo alemán decidió depositar las capas de perovskita en la celda por evaporación térmica, una técnica que, según los investigadores, tiene muchas ventajas en términos tanto económicos como ambientales. “En primer lugar, la evaporación térmica es un método de fabricación bien establecido en entornos industriales, lo que sugiere que la evaporación de las células solares de perovskita se puede realizar fácilmente utilizando las instalaciones existentes en la industria sin la necesidad de realizar más inversiones”, explicó Vaynzof. “En segundo lugar, la deposición por evaporación térmica es fácilmente escalable,lo cual contrasta con la deposición común de células solares de perovskita por procesamiento de solución, que en su mayoría está optimizado solo para dispositivos de áreas pequeñas”. Por último, la evaporación térmica es un método de deposición libre de solventes que tiene beneficios adicionales en términos de reducción de costos y debido al hecho de que dichos solventes son tóxicos para los seres humanos y el medio ambiente.

El yoduro de plomo (PbI2) y el yoduro de cesio (CsI) se evaporaron conjuntamente a una temperatura baja de 100 grados Celsius con una pequeña cantidad de yoduro de feniletilamonio (PEAI), que es una sal de amonio que se utiliza para mejorar la estabilidad y la calidad optoelectrónica en células de perovskita. “Los PEAI que contienen películas de perovskita γ-CsPbI3 evaporadas térmicamente exhiben una microestructura de película mucho mejor y una orientación cristalina preferencial”, afirmaron los científicos, señalando que esto da como resultado una disminución sustancial en la densidad de defectos.

La celda solar mostró una eficiencia de conversión de energía del 15% y un voltaje de circuito abierto de 1.1 V. “Además, este rendimiento supera el reportado para PEAI procesado en solución que contiene células solares de perovskita (PSC) γ-CsPbI3 basadas en la misma composición lo que ilustra que las PSC evaporadas térmicamente pueden competir e incluso superar a la mayoría de las PSC depositadas a partir de solventes”, explicaron los investigadores.

La celda también pudo retener alrededor del 90% de su rendimiento inicial después de 215 días de exposición a luz tenue a temperatura ambiente. “El desarrollo de células solares térmicamente evaporadas eficientes y estables es de importancia clave para su futura integración en aplicaciones industriales”, enfatizó Vaynzof. “Debido a la baja temperatura de procesamiento (<100C), estos dispositivos también pueden depositarse sobre sustratos flexibles y así encontrar una amplia gama de aplicaciones para la generación de energía renovable”.

Los detalles sobre el nuevo proceso de evaporación se pueden encontrar en el estudio “Efficient Thermally Evaporated γ-CsPbI3 Perovskite Solar Cells,” publicado en Advanced Energy Materials.

La investigación sobre la perovskita negra ha tenido un interés creciente en los últimos años. En marzo, un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Soochow en China desarrolló una célula solar de punto cuántico flexible con una eficiencia del 15,1% basada en CsPbI3. Los investigadores construyeron la célula integrando puntos cuánticos (QD) con áreas de gran superficie en una arquitectura interfacial híbrida delgada (HIA) y agregando éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM), que es uno de los aceptores de electrones de mejor rendimiento. comúnmente utilizado en dispositivos fotovoltaicos orgánicos, en la capa de puntos cuánticos CsPbI3.

En 2019 se llevó a cabo otro interesante proyecto de investigación para descubrir los secretos de la perovskita negra. Según el estudio, en el que participaron científicos de 11 centros de investigación en tres continentes, la interfaz entre la perovskita y el sustrato que se forma durante el recocido a alta temperatura permanece incluso después de volver a la temperatura ambiente. Si la caída de temperatura es bastante pronunciada, la perovskita puede retener la malla cristalina de la interfaz y adaptarse a ella.

 

Este contenido está protegido por derechos de autor y no se puede reutilizar. Si desea cooperar con nosotros y desea reutilizar parte de nuestro contenido, contacte: editors@pv-magazine.com.