Ingeniería de superficie para una célula solar de perovskita invertida de gran tamaño con una eficiencia del 18,6%

Cuando se trabaja con células solares de perovskita, las mejoras en la estabilidad suelen tener un coste en el rendimiento, y viceversa. Encontrar el equilibrio adecuado entre ambos es un objetivo importante para los científicos de este campo. Y como la estructura de la perovskita es versátil tanto en los materiales que puede contener como en las formas en que puede producirse como célula solar de capa fina, hay una gran cantidad de enfoques diferentes que se están investigando.

Entre ellos se encuentra la célula de perovskita “invertida”, en la que el material de la célula de perovskita se deposita sobre una capa de transporte de huecos y luego se recubre con una capa de transporte de electrones, al revés que en la arquitectura convencional de los dispositivos. Las células solares de perovskita invertida suelen mostrar una gran estabilidad, pero se han quedado atrás respecto a los dispositivos convencionales en cuanto a eficiencia de conversión y rendimiento de la célula.

Un grupo de científicos dirigido por el Instituto de Física Química de Dalian (China) busca ahora mejorar el rendimiento sin perder la ventaja de la estabilidad, principalmente mediante la ingeniería de la superficie de la capa de transporte de huecos sobre la que se deposita la perovskita. El grupo trabajó con óxido de níquel (NiOx) para la capa de transporte de huecos (HTL), que, según trabajos anteriores, tiene una estabilidad y una transmitancia de luz excelentes, pero también es propensa a sufrir problemas en la interfaz entre el material de perovskita y la HTL, sobre todo cuando los dispositivos se escalan a un tamaño mayor.

Al diseñar la superficie del HTL antes de aplicar la perovskita mediante un recubrimiento de ranura, el grupo pudo mejorar varias características, como la uniformidad de la película de perovskita y la adhesión mecánica en la interfaz. El grupo describió el método en el artículo Surface redox engineering of vacuum-deposited NiOx for top-performance perovskite solar cells and modules (Ingeniería redox superficial del NiOx depositado al vacío para obtener células y módulos solares de perovskita de alto rendimiento), publicado en Joule.

Con ello se pudo demostrar que las células solares de perovskita de pequeño tamaño alcanzaban eficiencias de conversión del 23,4% (dispositivo rígido) y del 21,3% (flexible). Y cuando se amplió a una superficie mayor de 156 mm x 156 mm -similar a la de una célula de silicio cristalino-, el método mantuvo una eficiencia del 18,6%. El grupo no compartió las cifras de estabilidad, pero afirmó que cada dispositivo mantuvo un alto rendimiento tras “miles de horas en diversas condiciones de estrés”.

“La estrategia SRE proporciona una prueba de concepto para combinar capas de transporte de carga fabricadas al vacío con perovskitas procesadas en húmedo y facilita la ingeniería de apilamiento de películas finas uniformes a gran escala para el desarrollo de módulos de perovskita eficientes y estables”, dijo Liu Shengzhong, científico del Instituto Dalian que dirigió esta investigación.