Una célula solar en tándem invertida de perovskita orgánica alcanza una eficiencia del 23,07% gracias a un absorbedor dopado con iones metálicos

Investigadores de la Universidad Nacional de Chonnam (Corea del Sur) han diseñado una célula solar monolítica en tándem de perovskita orgánica de dos terminales basada en un absorbedor de perovskita dopado con iones metálicos y una disposición “n-i-p”.

En la arquitectura n-i-p o “invertida”, la célula solar se ilumina a través del lado de la capa de transporte de electrones (ETL); en la estructura p-i-n, se ilumina a través de la superficie de la capa de transporte de huecos (HTL).

“Hemos demostrado un nuevo método de aire caliente para células solares monolíticas en tándem y su estabilización mediante el dopaje con iones metálicos”, declaró a pv magazine el autor principal de la investigación, Sawanta S. Mali, quien añadió que el proceso de fabricación propuesto carece de las técnicas de deposición de capas atómicas (ALD) y de pulverización catódica, utilizadas habitualmente para la deposición de una capa protectora de interconexión en los dispositivos en tándem. “Salvo el trióxido de molibdeno (MoO3) y la plata (Ag) evaporados térmicamente, todas las capas se fabricaron en condiciones de aire ambiente”.

A diferencia del método convencional con antisolventes, la técnica de aire caliente supuestamente facilita la formación de un complejo intermedio muy uniforme debido a la evaporación parcial del disolvente, lo que da lugar a una película de perovksita de mayor calidad. “Soplamos una pistola de aire caliente a 150 ºC directamente sobre el sustrato hilado”, explicaron los científicos.

La célula de perovskita superior se construyó con un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa mesoscópica de transferencia de electrones (ETL), el absorbente de perovskita, una capa de transporte de huecos (HTL) basada en 3,4,9,10-tetra(n-alkoxicarbonil)-perilenos (PTAC), un material donante superior conocido como PBDB-T, una capa amortiguadora de trióxido de molibdeno (MoO3) y un contacto metálico de plata (Ag).

La célula orgánica inferior se fabricó con un sustrato basado en ITO y vidrio, una capa ventana de óxido de zinc (i-ZnO) y derivado de PDI (PDIN), una capa de éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM), una capa tampón de MoO3 y un contacto metálico de Ag.

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo campeón en tándem construido con esta arquitectura alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 23,07%, una tensión de circuito abierto de 2,110 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 13,65 mAcm-2 y un factor de llenado del 80,1%.

El dispositivo también fue capaz de conservar más del 90% de la eficiencia inicial durante 600 h a máxima potencia bajo iluminación continua.

“Nuestro método demuestra que los absorbedores procesados en solución con pasivación orgánica de cationes reducen la pérdida de tensión en circuito abierto a 0,025 V, la más baja registrada hasta la fecha”, declararon los científicos. “Esta estructura también demuestra las ventajas de la recombinación limitada y la alta reproducibilidad”.

El novedoso diseño de la célula se presentó en el artículo “All-inorganic halide perovskites for air-processed ‘n-i-p’ monolithic perovskite/organic hybrid tandem solar cells exceeding 23% efficiency” (Perovskitas de haluros totalmente inorgánicos para células solares en tándem híbridas orgánicas/perovskitas monolíticas ‘n-i-p’ procesadas con aire que superan el 23 % de eficiencia), publicado en Energy & Environmental Science.