El primer intento de construir una célula solar de perovskita invertida basada en óxidos de níquel ofrece una eficiencia del 20,06%

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Un grupo de investigadores de la Universidad de los Andes en Colombia ha desarrollado por primera vez una célula solar de perovskita invertida con una capa de transporte de huecos (HTL, por sus iniciales en inglés) basada en capas de óxido de níquel (NiOx) dopadas con indio (In).

Las células de perovskita invertida tienen una estructura de dispositivo conocida como “p-i-n”, en la que el contacto selectivo de huecos p está en la parte inferior de la capa intrínseca de perovskita i con la capa de transporte de electrones n en la parte superior. Las células de perovskita de haluro convencionales tienen la misma estructura pero invertida: una disposición “n-i-p”. En la arquitectura n-i-p, 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).

Los científicos explicaron que el NiOx tiene un hueco energético de más de 3,5 eV, una estabilidad química excepcional, durabilidad, baja toxicidad y un procesamiento rentable. “En el caso de las células solares de perovskita invertida basadas en NiOx, el método de dopaje ha allanado el camino para la optimización de la HTL, a menudo a través de mejoras observables también a nivel de la interfaz y en la capa de perovskita”, añadieron.

El equipo construyó la HTL de NiOxIn mediante un proceso de deposición electroquímica (ECD) en un solo paso que, según explicó, ofrece una baja temperatura de procesamiento, un control preciso del grosor, la adhesión y la estructura de la capa, así como una baja generación de residuos químicos.

La célula se fabricó con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), la HTL de NiOxIn, un absorbente de perovskita, una capa de transporte de electrones basada en éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM), una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag).

“El grosor aproximado de cada capa de la célula solar era de 28 nm para las capas de NiOxIn, 430 nm para la capa de perovskita, 30 nm para la capa de PCBM y 125 nm para la capa de plata”, explicó el grupo.

La célula campeona construida con la arquitectura propuesta alcanzó una eficiencia de conversión energética del 20,06%, una tensión de circuito abierto de 1,10 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 23,40 mA cm-2 y un factor de llenado del 78,10%.

Mediante una serie de pruebas de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT), los investigadores descubrieron también que la célula era capaz de mantener su rendimiento en condiciones reales de funcionamiento durante más de 3.000 s.

“Al monitorizar el rendimiento de la célula durante 46 días, se comprobó que todos los dispositivos eran estables y no se observó ningún efecto del dopaje con indio”, afirmaron. “Las pruebas SEM y XRD de la capa de perovskita indicaron que el dopaje con In del NiOx tiene un efecto notable al aumentar el tamaño de grano y de cristalito del absorbedor”.

El novedoso diseño de la célula solar se presentó en el artículo “Enhanced inverted perovskite solar cells via indium doped nickel oxide as hole transport layer” (Células solares de perovskita invertida mejoradas mediante óxido de níquel dopado con indio como capa de transporte de agujeros), publicado recientemente en Solar Energy. “Los resultados muestran por primera vez que el dopaje con indio del NiOx es una opción novedosa y eficaz para mejorar el rendimiento fotovoltaico de las células solares de perovskita invertida”, concluyen los académicos.

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