Imec presenta una célula solar de perovskita invertida con una eficiencia del 24,3%

El instituto belga de investigación Imec ha desarrollado una célula solar de perovskita invertida con recombinación no radiativa reducida y contacto interfacial mejorado.

La célula tiene una estructura p-i-n, lo que significa que el material de la célula de perovskita se deposita sobre la capa de transporte de huecos y luego se recubre con la capa de transporte de electrones, al revés que en la arquitectura convencional de dispositivos p-i-n. Las células solares de perovskita invertida suelen mostrar una gran estabilidad, pero se han quedado rezagadas respecto a los dispositivos convencionales en cuanto a eficiencia de conversión y rendimiento de la célula.

El dispositivo también utiliza una interfaz “superior” entre la perovskita y la capa de transporte de electrones de buckminsterfullereno (C60) y una interfaz “inferior” entre la perovskita y la capa de transporte de huecos hecha de óxido de níquel(II) (NiOx). Ambas interfaces se trataron con una sal de amonio conocida como cloruro de 2-tiofeneetilamonio (TEACl). Los resultados se compararon.

Según los científicos, el tratamiento de doble capa mejoró la eficiencia, con un aumento relativo de la eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 9% en comparación con un dispositivo de referencia no tratado.

“La optimización de estas interfaces puede minimizar las pérdidas y mejorar la extracción de energía, lo que se traduce en una mayor eficiencia y estabilidad operativa del dispositivo”, afirman los investigadores, que señalan que esta arquitectura crea una capa de perovskita 2D en la interfaz. Las células con esta configuración suelen presentar grandes energías de enlace de los excitones y, por lo general, son más estables que los dispositivos 3D convencionales debido a la protección que proporcionan los ligandos orgánicos.

Descrita íntegramente en el artículo “Minimizing the Interface-Driven Losses in Inverted Perovskite Solar Cells and Modules” (Minimización de las pérdidas causadas por la interfaz en módulos y células solares de perovskita invertida), publicado en ACS Energy Letters, la célula alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 24,3%, una tensión de circuito abierto de 1,17 V, una densidad de cortocircuito de 24,5 mA/cm2 y un factor de llenado del 84,6%.

“Además del aumento de la eficiencia, también hemos observado una notable estabilidad”, declaró Tom Aernouts, director de I+D del equipo Thin-Film Photovoltaics. “De hecho, tras 1.000 h de funcionamiento continuo bajo iluminación de un sol, los dispositivos mostraron una retención del rendimiento del 97%, lo que está entre los mejores actuales”.

El grupo también descubrió que la célula conservaba el 88% de su rendimiento inicial tras 1.850 h, frente al 55% de las células no tratadas.

Los académicos también utilizaron las células para fabricar un minimódulo de 3,63 cm2 que alcanzó una eficiencia del 22,6% y un factor de llenado del 82,4%. “Sin embargo, la comercialización de este tipo de aplicaciones requiere técnicas de procesamiento compatibles con la industria, que superen los actuales problemas de estabilidad, entre otros”, especificaron.