La etilendiamina aumenta un 22% la eficiencia de una célula solar de perovskita invertida

Un grupo internacional de científicos liderado por la Universidad de Constanza (Alemania) ha fabricado una célula solar de perovskita invertida con una técnica de pasivación que utiliza un método de recocido con vapor de disolvente mixto basado en etilendiamina (EDA).

“Nuestro trabajo muestra cómo una simple pasivación puede mejorar tanto el rendimiento como la estabilidad operativa de una célula solar de perovskita”, declaró a pv magazine el investigador Azhar Fakharuddin.

Según los científicos, el EDA se ha utilizado en proyectos de investigación anteriores para suprimir los estados defectuosos en distintos tipos de perovskita.

“Sin embargo, aún no está claro cómo contribuye el EDA a la morfología, la pasivación de defectos y las propiedades optoelectrónicas de las películas de perovskita”, explicaron.

Aplicaron su técnica de pasivación EDA mediante recocido con vapor de disolvente seguido de recocido a 90 ºC durante 30 minutos a una película basada en un tipo de perovskita de haluro de plomo conocida como yoduro de plomo metilamonio (MAPbI3). Afirmaron que habían conseguido una mayor cristalinidad y una morfología de la película más densa, con granos más grandes que los de una película de referencia no pasivada.

Recocieron la película en una cámara de vacío tras el recubrimiento por rotación y la colocaron en un entorno controlado de vapor de EDA con una concentración del 0,06 % en peso. El EDA interactuó con las superficies de perovskita y dio lugar a una reorganización de las características superficiales.

“Las películas pasivadas con EDA al 0,06% también muestran una rugosidad cuadrática media menor, de 13,7 nm, que las películas de perovskita prístina”, explican los científicos.

Utilizaron la película en una célula de perovskita de estructura p-i-n y comprobaron su rendimiento en condiciones de iluminación estándar. El dispositivo tiene una eficiencia de conversión energética del 20,1%, una tensión de circuito abierto de 1,1 mV, una corriente de cortocircuito de 24,0 mA/cm2 y un factor de llenado del 79,9%. A modo de comparación, un dispositivo de referencia sin el tratamiento EDA alcanzó una eficiencia del 15,9%, una tensión de circuito abierto de 0,99 V, una corriente de cortocircuito de 20,4 mA/cm2 y un factor de llenado del 73,5%.

“El aumento de la tensión de circuito abierto y del factor de llenado sugiere una supresión de la recombinación no radiativa y una extracción eficaz de la carga en las películas de perovskita modificadas con EDA”, afirman los investigadores. “La supresión de la recombinación no radiativa tras la pasivación con EDA se evidencia además mediante mediciones de fotocorriente transitoria (TPC) y mediciones J-V dependientes de la intensidad de la luz (LID)”.

El equipo alemán determinó que la célula modificada con EDA era capaz de conservar el 88% de su eficiencia inicial después de 850 horas, mientras que la eficiencia de la célula de referencia disminuía un 66% en 500 horas. Presentaron la tecnología de la célula en “Ethylenediamine vapors-assisted surface passivation of perovskite films for efficient inverted solar cells” (Pasivación superficial asistida por vapores de etilendiamina de películas de perovskita para células solares invertidas eficientes), publicado recientemente en RRL Solar.