Una célula solar en tándem totalmente de perovskita con heteroestructura 2D/3D alcanza una eficiencia del 28,1%

Un grupo de investigación chino ha desarrollado una célula solar en tándem totalmente de perovskita basada en una célula superior de perovskita de banda ancha que se apoya en una heteroestructura bidimensional/tridimensional y una célula inferior de banda estrecha.

Las células de perovskita construidas con materiales híbridos bidimensionales son conocidas por su estabilidad y su gran energía de enlace excitónica en comparación con los dispositivos tridimensionales convencionales.

Para fabricar la célula superior, el grupo de investigación utilizó un método genérico de conversión de perovskita 3D a 2D. En primer lugar, depositó una capa de perovskita de haluro de plomo conocida como yoduro de plomo metilamonio (MAPbI3) mediante un método híbrido de evaporación/solución y, a continuación, transformó la capa en una estructura 2D mediante un ligando de amonio de cadena larga.

El dispositivo se basa en un sustrato de vidrio y óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de huecos (HTL) de óxido de níquel(II) (NiOx) y una monocapa autoensamblada (SAM), el absorbedor de perovskita, una capa de transporte de electrones de buckminsterfullereno (C60), una capa amortiguadora de batocuproína (BCP), una capa de óxido de estaño(IV) (SnO2) y un contacto metálico de cobre (Cu).

“La heteroestructura 2D/3D resultante acelera eficazmente la extracción de carga en la interfaz perovskita/C60 y, por tanto, suprime la segregación de haluros inducida por la luz”, explicaron los investigadores, señalando que esta célula superior alcanzó un bandgap energético de 1,78 eV. El dispositivo también alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 19,6%, una tensión de circuito abierto de 1,324 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 17,9 mA cm-2 y un factor de llenado del 83,0%. También fue capaz de conservar el 95% de su eficiencia original después de 1.000 h.

Para la construcción de la célula solar en tándem totalmente de perovskita, el equipo de investigación también utilizó una célula de perovskita inferior con una eficiencia del 21,3% basada en un sustrato de ITO, una perovskita de banda prohibida estrecha, una capa de transporte de electrones de C60, una capa de SnO2 y un contacto metálico de Cu.

El dispositivo campeón construido con esta configuración alcanzó una eficiencia del 28,1%, una tensión de circuito abierto de 2,135 V, una densidad de cortocircuito de 16,2 mA cm-2 y un factor de llenado del 81,5%. Además, conservó el 90% de su eficiencia inicial tras 855 h de funcionamiento continuo.

Presentaron la novedosa tecnología en el estudio “Heterojunction formed via 3D-to-2D perovskite conversion for photostable wide-bandgap perovskite solar cells” (Heterounión formada mediante la conversión de perovskita 3D a 2D para células solares fotoestables de perovskita de banda ancha), publicado en Nature Communications. El grupo de investigación estaba formado por académicos de la Universidad de Nanjing y la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China.

“Este estudio revela el mecanismo de degradación de los dispositivos de perovskita de banda ancha y propone un enfoque técnico sin precedentes para mejorar simultáneamente la eficiencia y la estabilidad”, concluyen.