Investigadores de la Universidad de Henan, en China, han fabricado una célula solar de perovskita basada en un electrodo de carbono que alcanza una eficiencia de conversión energética del 20,8% y ofrece una mayor estabilidad.
Los electrodos de contacto metálicos que se utilizan habitualmente en la actualidad pueden estimular la degradación de las células solares de perovskita debido a la difusión de impurezas metálicas a través de las interfaces. Este problema podría superarse teóricamente sustituyendo el contacto metálico por electrodos de carbono, que son muy prometedores para la comercialización debido a su procesabilidad a presión ambiente basada en técnicas de impresión establecidas industrialmente.
Sin embargo, las células solares de perovskita basadas en electrodos de carbono plantean un problema en otras partes de los dispositivos, ya que provocan pérdidas de rendimiento en el punto donde el electrodo de carbono se encuentra con la capa de perovskita.
“En las células solares de perovskita con electrodos de carbono, el contacto interfacial entre el electrodo de carbono y la perovskita es de gran importancia para el rendimiento de las células solares”, afirman los científicos. “La mayoría de las capas inorgánicas de transporte de huecos (HTL) se basan en nanopartículas dispersivas que podrían agregarse fácilmente y formar un contacto áspero tanto con la perovskita como con la pasta viscosa de carbono; la captación de huecos se ve así afectada negativamente”.
Trataron de resolver este problema colocando un polímero semiconductor orgánico llamado politiofeno (P3HT) entre la perovskita y una HTL hecha de óxido de níquel(II) (NiOx) y afirmaron que esta estructura HTL planar orgánica/inorgánica tiene un contacto eléctrico superior para las células solares de perovskita con electrodo de carbono.
“La capa orgánica de P3HT permite una habituación eficaz a la humedad y una interfaz densamente contactada con una alineación de nivel de energía coincidente con la perovskita, mientras que la capa estable de nanopartículas de NiOx protege aún más al P3HT de la corrosión por la pasta de carbono, de modo que podemos optimizar aún más la deposición del recubrimiento de la lámina de carbono para formar un contacto denso con la HTL”, explicaron también.
El grupo chino construyó la célula con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa amortiguadora de óxido de estaño (SnO2), un absorbedor de perovskita, la capa de P3HT, la HTL de NiOx y un electrodo de carbono.
El electrodo se basa en una pasta de carbono que contiene negro de humo y grafito en polvo suministrada por Saidi Technology Development Inc. de China. “El electrodo de carbono se preparó mediante un proceso de recubrimiento con cuchillas y la película húmeda se recoció a 110 ºC durante 5 minutos”, se indica.
Los académicos compararon el rendimiento de la célula solar con el de un dispositivo de referencia sin las interfaces modificadas del tampón anódico, que, según ellos, son capaces de facilitar la recogida de carga.
La célula solar campeona construida con estas interfaces alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 20,8%, una tensión de circuito abierto de 1,15 eV, una corriente de cortocircuito de 22,9 mA/cm2 y un factor de llenado del 78,8%.
“Esta eficiencia se encuentra entre los valores más altos de las células solares de perovskita con electrodo de carbono; se informó de una eficiencia campeona del 22% a partir del ensamblaje de semicélulas con sustrato de electrodo de carbono”, declararon. “La estabilidad operativa de esta célula mejora obviamente gracias a la introducción de la capa hidrófoba de P3HT y la densa precubierta de carbono”.
El dispositivo de referencia, por el contrario, alcanzó una eficiencia de sólo el 13,4%.
Los investigadores presentaron la novedosa tecnología de célula en “Efficient carbon electrode perovskite solar cells with robust buffer interfaces” (Células solares de perovskita con electrodos de carbono eficientes e interfaces tampón robustas), publicado recientemente en la revista Journal of Materials Research and Technology.
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