Primer intento de construir una célula solar en tándem de perovskita y seleniuro de antimonio con una eficiencia del 20,58%

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Un grupo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha fabricado una célula solar en tándem de cuatro terminales (4T) basada en una célula superior que depende de un absorbedor de perovskita y un dispositivo inferior que utiliza un absorbedor de seleniuro de antimonio.

“El seleniuro de antimonio es un material adecuado para las células solares en tándem. “Sin embargo, debido a la escasez de informes sobre células solares en tándem que lo utilizan como célula inferior, se ha prestado poca atención a su aplicación”.

El seleniuro de antimonio (Sb2Se3) es un semiconductor inorgánico de tipo p con una estructura cristalina unidimensional y un bandgap directo en el rango de 1,2 eV a 1,9 eV. Posee excelentes propiedades optoelectrónicas. En los últimos años, también se ha utilizado como material absorbente para construir células solares. Las eficiencias alcanzadas por tales dispositivos han llegado a situarse entre el 5% y el 9,2%.

Estos niveles de eficiencia siguen estando muy por detrás de los de otras tecnologías de capa fina, como las células basadas en cobre, indio, galio y seleniuro (CISG), teluro de cadmio (CdTe), kesterita (CZTSSe) y silicio amorfo (a-Si). Este desfase tecnológico podría deberse a que la comunidad científica desconoce en gran medida características como la movilidad, el tiempo de vida de los portadores, la longitud de difusión, la profundidad de los defectos, la densidad de defectos y la cola de banda de la tecnología de células de Sb2Se3, ya que hasta la fecha no se han fabricado demasiados dispositivos de este tipo.

El grupo chino presentó su célula en tándem en el estudio “Sb2Se3 as a bottom cell material for efficient perovskite/Sb2Se3 tandem solar cells” (Sb2Se3 como material de celda inferior para células solares en tándem eficientes de perovskita/Sb2Se3), publicado en Energy Materials and Devices, y afirmó que las características clave del dispositivo son el electrodo conductor transparente que utilizaron para mejorar la respuesta espectral de la célula superior y la “doble” capa de transporte de electrones (ETL) de la célula de seleniuro de antimonio.

Los investigadores diseñaron la célula superior con un sustrato de dióxido de estaño dopado con f (FTO), una ETL de óxido de estaño (SnO2), un absorbedor de perovskita, una capa de transporte de huecos (HTL) de Spiro-OMeTAD, una capa amortiguadora de trióxido de molibdeno (MoO3) y un contacto transparente de óxido de indio y zinc (IZO).

La célula inferior se diseñó con un sustrato hecho de FTO, un ETL hecho de óxido de estaño (IV) (SnO2) y sulfuro de cadmio (Cds), el absorbedor Sb2Se3, un HTL basado en Spiro-OMeTAD, y un contacto metálico de oro (Au).

“Hemos fabricado con éxito células solares en tándem 4-T de perovskita/Sb2Se3”, afirman los científicos. “Las películas de IZO preparadas mediante pulverización catódica por magnetrón generan tanto una buena conductividad como una extraordinaria transparencia”.

Probadas en condiciones de iluminación estándar, la célula superior alcanzó una eficiencia del 17,88% y la inferior del 7,85%. “En última instancia, la eficiencia de conversión de potencia de las células solares en tándem 4-T perovskita/Sb2Se3 alcanzó el 20,58%, superior a la de las subceldas independientes”, subrayaron los científicos.

“Nuestro trabajo proporciona una nueva estructura de dispositivo en tándem y demuestra que el seleniuro de antimonio es un material absorbente prometedor para aplicaciones de fondo en células solares en tándem”, concluyó el autor principal de la investigación, Tao Chen.

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