Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad china de Jinan ha desarrollado una célula solar en tándem de dos terminales (2T) de perovskita y silicio basada en capas híbridas de interconexión (ICL, por sus iniciales en inglés) especiales que evitan el contacto directo entre el absorbedor de perovskita y el óxido conductor transparente (TCO).
«Las típicas monocapas autoensambladas (SAM) directamente sobre la capa de recombinación de óxido conductor transparente (TCO) presentan escasa uniformidad y compacidad, lo que se traduce en importantes pérdidas de corriente y poca reproducibilidad de las células solares en tándem», explicó a pv magazine Yousheng Wang, autor correspondiente de la investigación. «Para resolver este problema, propusimos un óxido de níquel (NiOx) tratado por pulverización catódica como capa semilla de las SAM para construir las capas de interconexión híbridas. La técnica de tratamiento por pulverización catódica proporciona un recubrimiento fácil sobre un sustrato complejo y una alta reproducibilidad».
Según Wang, los materiales NiOx pueden aumentar aún más el acoplamiento de las moléculas SAM con el sustrato. Así, las ICL híbridas podrían mejorar la uniformidad de la interfaz entre el TCO y la SAM basada en MeO-2PACz, que también se conoce como ácido [2-(3,6-Dimetoxi-9H-carbazol-9-il)etil]fosfónico, y reducir la corriente de fuga. «A continuación, se construyó una buena alineación de niveles de energía entre la perovskita y las ICL híbridas, lo que resulta beneficioso para la extracción y el transporte de portadores», añadió. «Las ICL híbridas disminuyen aún más los defectos de interfaz y los defectos de masa».
Los científicos construyeron la célula en tándem con un dispositivo inferior de heterounión de silicio y una célula solar superior de perovskita invertida con una eficiencia del 19,73% y un bandgap energético de 1,71 eV que integraba las ICL. Este último se diseñó con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de huecos (HTL) de óxido de níquel(II) (NiOx), la SAM MeO-2PACz, un absorbedor de perovskita dopado con yoduro de 2-feniletilamonio (PEAI), una capa de transporte de electrones (ETL) basada en un buckminsterfullereno (C60), un contacto posterior transparente de óxido de indio y zinc (IZO) y un contacto metálico de plata (Ag).
Se analizó el rendimiento del dispositivo en tándem y se comparó con el de una célula de refencia basada en un HTL de NiOx pero sin la SAM de MeO-2PACz. Esta última alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 22,27%, una tensión de circuito abierto de 1,75 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 17,85 mA cm-2 y un factor de llenado del 71,15%. El primero obtuvo una eficiencia del 28,47%, una tensión en circuito abierto de 1,88 V, una densidad de corriente en cortocircuito de 18,25 mA cm-2 y un factor de llenado del 81,8%.
El grupo destacó que el factor de llenado de la célula en tándem es actualmente uno de los más altos de la literatura científica para dispositivos de perovskita-silicio. «Se ha descubierto que las ICL híbridas de NiOx/MeO-2PACz reducen significativamente las fugas de corriente y las pérdidas por recombinación no radiativa al evitar el contacto directo entre las perovskitas y el TCO», explican. «Nuestros resultados proporcionan un método eficaz para mejorar la uniformidad y reducir la corriente de fuga del recubrimiento de MeO-2PACz sobre el sustrato».
La célula solar se presentó en el artículo «Hybrid interconnecting layers reduce current leakage losses in perovskite/silicon tandems with 81.8% fill factor» (Las capas de interconexión híbridas reducen las pérdidas por fuga de corriente en tándems de perovskita/silicio con un factor de llenado del 81,8 %), publicado en Cell Reports Physical Science. El grupo de investigación estaba formado por académicos del Forschungszentrum Jülich GmbH de Alemania, así como de la Universidad de Wuyi y la Universidad de Macao en China.
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