Desarrollan una célula solar flexible de perovskita invertida con una eficiencia del 16,1%

Científicos del NREL y de la Universidad de Louisville han construido una célula solar de perovskita invertida con una capa de transporte de electrones (ETL) basada en nanopartículas de óxido de estaño dopado con itrio (SnO2).

“La célula es apta para la producción, y hay una nueva empresa de Louisville, SoFab Inks, que está haciendo precisamente eso”, dijo el investigador Thad Druffel a pv magazine. “El [Departamento de Energía de EE.UU.] les concedió 200.000 dólares en el marco del reto para nuevas empresas solares de perovskita”.

Los investigadores afirmaron que los ETL basados en SnO2 ofrecen procesabilidad en solución a baja temperatura, buena fotoestabilidad, alta estabilidad química, alta conductividad electrónica, buena transparencia óptica, amplia brecha de banda y alineación de banda favorable con las perovskitas.

“Además, la amplia y sintonizable brecha de banda óptica y la profunda banda de conducción (-4,3 eV) del SnO2 dan como resultado una inyección de carga óptima”, señalaron.

Sintetizaron las nanopartículas de SnO2 dopadas con itrio para mejorar sus propiedades electrónicas manteniendo las condiciones de recocido a baja temperatura necesarias para la fabricación de células de perovskita sobre sustratos de tereftalato de polietileno (PET).

La célula tiene una arquitectura p-i-n y un área activa de 0,1 cm2. Se basa en un sustrato flexible de PET y óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de huecos (HTL) de poli-triarilamina (PTAA), una capa interfacial de polímero PFN, el absorbedor de perovskita, la ETL de Sno2 dopada con itrio, una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag).

“Las capas de PTAA, PFN, perovskita y SnO2 se depositaron mediante métodos de recubrimiento por cuchilla de un solo paso, mientras que la BCP y la plata se depositaron por evaporación térmica”, explican los académicos.

El grupo probó varias de las células en condiciones de iluminación estándar y descubrió que alcanzaban una eficiencia de conversión de potencia del 16,5%, una tensión de circuito abierto de 1,08 V, una corriente de cortocircuito de 22,40 mA/cm2 y un factor de llenado del 68,4%. A modo de comparación, un dispositivo de referencia con un ETL sin dopaje de itrio alcanzó una eficiencia del 14,3%, una tensión en circuito abierto de 1,01 V, una corriente de cortocircuito de 22,40 mA/cm2 y un factor de llenado del 63,3%.

Los científicos atribuyeron el mayor rendimiento de la célula al novedoso diseño del ETL de SnO2.

“Este material presenta ventajas mínimas de coste, escalabilidad y fabricación frente a los ETL orgánicos tradicionales, lo que podría mejorar la competitividad de los módulos solares comerciales de perovskita”, concluyeron.

Presentaron el dispositivo en “High Performing Inverted Flexible Perovskite Solar Cells via Solution Phase Deposition of Yttrium-Doped SnO2 Directly on Perovskite” (Células solares de perovskita flexibles invertidas de alto rendimiento mediante el depósito en fase de solución de SnO2 dopado con itrio directamente sobre perovskita), publicado recientemente en Applied Energy Materials.