Una célula solar de perovskita flexible y totalmente imprimible alcanza una eficiencia del 17,6%

Investigadores de la Universidad de Victoria (Canadá) han construido una célula solar flexible de perovskita basada en un sustrato de tereftalato de polietileno (PET) en fabricación al aire libre.

Explicaron que el PET es más barato que el polietileno naftalato (PEN) utilizado habitualmente en sustratos para células solares flexibles, y que este último tiene sin embargo la ventaja de ser más estable térmicamente durante el proceso de producción. El PET, por el contrario, tiene una tolerancia máxima a la temperatura de 100 ºC y puede tolerar procedimientos de deposición por debajo de este umbral.

Por este motivo, el grupo de investigación eligió una arquitectura de célula con un sustrato de PET y óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de electrones (ETL) basada en óxido de estaño (SnO2), un absorbente de perovskita de yoduro de metilamonio y plomo (MAPbI3), una capa de transporte de huecos (HTL) de Spiro-OMeTAD y un contacto metálico de oro (Au).

Depositaron la capa de SnO2 mediante recocido a 100 ºC, la de Spiro-OMeTAD a 50 C y la absorbente de perovskita a 100 C mediante un recubrimiento de acetato/sales de cloruro. “El componente de acetato de esta tinta se convierte en gas durante el proceso de deposición de la perovskita, creando una presión positiva local y alejando el polvo de la zona de deposición”, explicaron. “La deposición de perovskita a partir de esta tinta no requiere salas blancas ni atmósfera inerte. El componente de cloruro, en cambio, mejora la dinámica de cristalización de la película”.

El grupo construyó una célula con un área activa de 0,049 cm2 y un reactivo conocido como cloruro de feniltrimetilamonio (PTACl). “Al añadir PTACl a la solución coloidal de SnO2, observamos que se duplicaba el tamaño de los aglomerados, lo que indica que el agente de transferencia de fase efectivamente aumentaba la interacción partícula a partícula en la solución coloidal”, afirmaba.

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo de perovskita flexible alcanzó una eficiencia de conversión energética del 17,6%, una tensión de circuito abierto de 0,95 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 23 mA cm-2 y un factor de llenado del 80%.

Los científicos también construyeron un dispositivo de 1 cm2 con la misma configuración que mostraba una eficiencia del 12,7%, una tensión de circuito abierto de 0,97 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 21,7 mA cm-2 y un factor de llenado del 60,2%. Afirmaron que la pérdida de factor de llenado en comparación con el dispositivo más pequeño se debe al aumento de la resistencia del sustrato ITO, que aseguran que puede mejorarse aún más mediante un mejor diseño de los electrodos.

“La incorporación del catalizador de transferencia de fase, PTACl, a la solución coloidal de SnO2 mejoró la interacción partícula a partícula, aumentando la cobertura de SnO2 y reforzando la unión a la capa de perovskita”, subrayaron, y añadieron que las investigaciones futuras deberían centrarse en sustituir el MAPbI3 por materiales de perovskita más estables.

El dispositivo se presentó en el estudio “Enhanced Particle-to-Particle Interaction of Tin Oxide Electron Transporter Layer for Scalable Flexible Perovskite Solar Cells” (Interacción mejorada entre partículas de la capa transportadora de electrones de óxido de estaño para células solares de perovskita flexibles escalables), publicado en RRL Solar.