Investigadores de la India han propuesto una novedosa estructura de célula bifacial sin capa de transporte de electrones (ETL, por sus iniciales en inglés) para dispositivos flexibles. Optimizaron esta célula utilizando el software de simulación SCAPS-1D, seleccionando la combinación más eficaz de electrodo transparente frontal (FTE), capa de transporte de huecos (HTL) y electrodo transparente posterior (RTE). La nueva estructura ha logrado una eficiencia de conversión de potencia (PCE) superior al 27%.
«Las células solares de perovskita (PSC) sin ETL son los dispositivos más prometedores y aceptables para desarrollar PSC flexibles debido a su procesamiento a baja temperatura, la configuración más sencilla y la eliminación de rutas de preparación complejas, lo que reduce energía y tiempo», afirman los investigadores. «Se pueden procesar fácilmente por el método rollo a rollo, recubrimiento por pulverización, impresión por chorro de tinta, y se pueden encapsular con capas flexibles de bajo coste».
Los científicos partieron de una estructura de referencia formada por una capa FTE de PFTO; una capa de defectos interfaciales (IDL)1; una capa de perovskita (FA0,75MA0. 25PbI2.5Br0.5); IDL2; capa HTL de Spiro-OMeTAD; IDL3; y una capa RTE de Cu/Cu2O (PFTO/IDL1/FA0.75MA0.25PbI2.5Br0.5/IDL2/Spiro-OMeTAD/IDL3/Cu/Cu2O). Fijaron el espesor de la capa de perovskita en 600 nm.
«Al seleccionar una ETC adecuada, observamos que el valor más bajo del desplazamiento de la banda de conducción (CBO) en la interfaz ETC/perovskita mejora el rendimiento del dispositivo debido a la estructura tipo pozo de potencial», explicó el grupo. «CuI y CuSCN muestran una alineación de bandas superior con la capa absorbente de perovskita en comparación con otras HTL, lo que se traduce en un mejor rendimiento del dispositivo». La afinidad electrónica de la RTE desempeña un papel crucial en la alineación de bandas en la interfaz RTE/HTL y, por tanto, en el rendimiento del dispositivo».
Tras finalizar la célula campeona, el grupo investigó su banda prohibida y su grosor.
«El PCE del dispositivo aumenta hasta un bandgap optimizado de 1,4 eV, alcanzando un PCE del 24,65% (iluminación frontal) y del 25,48% (iluminación posterior). Más allá de este bandgap, el PCE empieza a disminuir», muestran los resultados. «Tras optimizar el grosor de la capa absorbente (800 nm) con una densidad de defectos de 1,0 × 10^14 cm-3, la PCE mejora hasta el 26,88% y el 27,35%».
Presentaron sus resultados en «Performance optimization of ETL-free bifacial perovskite solar cells for flexible devices: A simulation study» (Optimización del rendimiento de células solares de perovskita bifaciales sin ETL para dispositivos flexibles: un estudio de simulación), publicado recientemente en Next Energy. El equipo estaba formado por investigadores del Instituto Nacional de Tecnología de la India y del Instituto Indio de Tecnología.
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