Célula solar de perovskita invertida con un 21,85% de eficiencia gracias a un modulador de superficie

De pv magazine Global

Investigadores de la Universidad de Surrey, en el Reino Unido, han fabricado una célula solar de perovskita invertida utilizando un modulador de superficie que, al parecer, facilita una pasivación superior en las superficies de perovskita, lo que aumenta la eficiencia global de la célula. Como modulador de superficie, los científicos probaron dos sales de haluro orgánico conocidas como yoduro de 4-hidroxifenetilamonio (HO-PEAI), y yoduro de 2-tiofenetilamonio (2-TEAI).

“Estos moduladores pueden afectar a la energía superficial de las películas de perovskita”, explicaron.

Señalaron que los dos compuestos pueden reducir drásticamente la recombinación interfacial no radiativa. Esto puede tener un impacto significativo en el rendimiento eléctrico de las células de perovskita, con implicaciones para el voltaje de circuito abierto, la corriente de cortocircuito, el factor de llenado y, en última instancia, la eficiencia de conversión de energía. Informaron de que “el 2-TEAI mostró una interacción más fuerte que el HO-PEAI, formando una estructura cuasi-2D en la superficie de la perovskita sin necesidad de más recocido”.

Los científicos construyeron la célula estructurada p-i-n con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO) recubierto de poli-TPD, una capa de transporte de huecos hecha de carbazol (2PACz), la capa de perovskita, el modulador 2-TEAI, un aceptor de electrones hecho de éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM), una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag). Las sales se depositaron sobre la superficie de las películas de perovskita mediante un proceso sencillo de recubrimiento por rotación sin recocido.

Mediante diferentes mediciones, el equipo de investigación comprobó que el modulador de superficie no altera los espectros de absorción de las películas de perovskita.

“El 2-TEAI induce un borde de banda de valencia más profundo, lo que se espera que proporcione un mayor efecto de bloqueo de agujeros en la interfaz perovskita/PCBM y, por tanto, sea más beneficioso para reducir la recombinación interfacial”, dijo el grupo. “Basándonos en estos resultados, creemos que el 2-TEAI mejoraría el voltaje de circuito abierto de las células solares de perovskita fabricadas”.

La célula solar alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 21,85%, que los científicos describieron como la mayor eficiencia registrada para células solares de perovskita invertida que utilizan 2PACz como capa de transporte de huecos. El dispositivo también alcanzó una tensión de circuito abierto de 1,2 V, una corriente de cortocircuito de 21,93 mA cm-2 y un factor de llenado de 0,83. A modo de comparación, una célula solar de perovskita de referencia sin el modulador alcanzó una eficiencia de 19,95 y sólo pudo conservar el 53% de la eficiencia inicial después de 180 minutos.

“Los resultados sugieren que el papel del modulador va más allá de la pasivación de la superficie”, concluyen los científicos. “Nuestro estudio proporcionará información sobre la selección y el diseño molecular de materiales de postratamiento para conseguir células solares de perovskita altamente eficientes y estables”.

Describieron el diseño de la célula en “Suppressing Interfacial Recombination with a Strong-Interaction Surface Modulator for Efficient Inverted Perovskite Solar Cells” (Supresión de la recombinación interfacial con un modulador de superficie de fuerte interacción para células solares de perovskita invertida eficientes), que se publicó recientemente en Advanced Energy Materials.