Tecnología de células solares en tándem con dos terminales de perovskita con una eficiencia del 32,3%

Científicos de la Universidad Central de Jharkhand, en la India, han simulado una nueva célula solar en tándem de dos terminales totalmente de perovskita. Al parecer, tiene una eficiencia un 13% superior a la de dispositivos similares con los mismos materiales a nivel de investigación.

“Esta tecnología es directamente transferible a la producción real”, dijo el investigador Basuded Pradhan a pv magazine. “Pocas empresas solares fabrican ya células solares en tándem de perovskita/silicio que están a punto de comercializarse. Creemos que todas las células solares en tándem de perovskita también pueden fabricarse comercialmente sin depender mucho de las costosas obleas de silicio.”

Los investigadores utilizaron el software de capacitancia de células solares SCAPS-1D, que es una herramienta de simulación de células solares de capa fina desarrollada por la Universidad de Gante (Bélgica).

“A través de este software, se pueden configurar diferentes tipos de células solares variando hasta siete capas para las que se realiza la simulación tanto en condiciones de oscuridad como de iluminación del espectro solar AM 1,5G 1”, señalaron.

Para que la simulación fuera más realista, también tuvieron en cuenta los defectos de bulto en todas las capas y los defectos de interfaz entre las capas. Construyeron la célula con una célula de perovskita superior con un amplio bandgap de 1,75 eV y una célula de perovskita inferior con un bandgap de 1,25 eV.

La célula superior está diseñada con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de agujeros (HTL) basada en óxido de cobre(I) (Cu2O), una capa de perovskita, una capa tampón de batocuproína (BCP) y una capa tampón de óxido de estaño(IV) (SnO2). La célula inferior se basa en un sustrato ITO, un material transportador de huecos (HTM) basado en PEDOT:PSS, un material de perovskita, un aceptor de electrones hecho de éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM), una capa amortiguadora de SnO2 y un contacto metálico hecho de plata (Ag).

Simulada en condiciones de iluminación estándar, la célula superior mostró una eficiencia del 12,37%, una tensión de circuito abierto de 0,806 V, una corriente de cortocircuito de 18,30 mA/cm2 y un factor de llenado del 83,91%. La célula inferior alcanzó una eficiencia del 19,93%, con lo que el dispositivo tándem total alcanzó el 32,3%. Según los científicos, esta cifra es comparable a la eficiencia del 23,72% obtenida en dispositivos similares construidos con los mismos materiales en el ámbito de la investigación. La célula en tándem también tiene una tensión de circuito abierto de 2,047 V, una corriente de cortocircuito de 18,30 mA/cm2 y un factor de llenado del 86,23%.

“Este trabajo de simulación permite cuantificar la limitación de los parámetros fotovoltaicos y comprender la interdependencia de unos y otros en relación con el rendimiento del dispositivo”, explican los académicos. “También ayuda a encontrar un valor optimizado de varios espesores de capa del dispositivo junto con la combinación ETL-HTL y su relación con el rendimiento del dispositivo”.

“Hasta ahora no hemos hecho una estimación precisa del coste de la célula solar”, dijo Pradhan. “Pero el LCOE de los módulos de perovskita construidos con esta tecnología de célula es sin duda más bajo que el de los actuales módulos basados en silicio cristalino”.

El equipo de investigación presentó la tecnología de células solares en “All-perovskite two-terminal tandem solar cell with 32.3% efficiency by numerical simulation” (Célula solar en tándem de dos terminales de perovskita con una eficiencia del 32,3% mediante simulación numérica,), que se publicó recientemente en Materials Today Sustainability.

“Este trabajo proporciona una nueva dirección para la realización experimental con una mayor eficiencia de conversión de energía y establece una nueva ruta hacia el desarrollo de células solares en tándem totalmente perovskitas”, concluyó el grupo.