Una célula solar de perovskita invertida basada en una monocapa autoensamblada coabsorbida alcanza una eficiencia del 24,68%

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Investigadores chinos han desarrollado una célula solar de perovskita invertida basada en una capa de transporte de huecos (HTL) con una monocapa autoensamblada (SAM) destinada a reducir los defectos de pasivación y aumentar la eficiencia.

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 HTL.

El equipo de investigación utilizó SAMs hechas de ácido 2-cloro-5-(trifluorometil)isonicotínico, denominado PyCA-3F, mientras que la HTL se hizo con ácido [2-(9H-Carbazol-9-il)etil]fosfónico (2PACz). Para la aplicación de la SAM se utilizó un enfoque coadsorbido (CA). Consiste en hacer crecer las películas de perovskita sobre sustratos de 2PACz con y sin PyCA-3F.

La célula se construyó con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), la HTL de 2PACz, un absorbente de perovskita, una capa de transporte de electrones (ETL) basada en buckminsterfullereno (C60), una capa tampón de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de cobre.

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo alcanzó una eficiencia «certificada» del 24,68%, mientras que el de control fue del 23,3%. Los científicos no dieron el nombre de la entidad externa que certificó el resultado.

El grupo postuló que la presencia de PyCA-3F desempeña un papel fundamental a la hora de «mitigar la aparición de nanovoides físicos» en la interfaz enterrada. «Este notable aumento constituye una ventaja estratégica que contribuye a la reducción efectiva de las trampas interfaciales y los centros no radiativos en la interfaz enterrada», afirmó.

Se descubrió que el método disminuía eficazmente la agregación de 2PACz, al tiempo que mejoraba la suavidad de la superficie y aumentaba la función de trabajo de la capa SAM modificada, lo que, según los investigadores, proporciona una interfaz enterrada aplanada con una heterointerfaz favorable para la perovskita.

Para probar el enfoque propuesto en otras tecnologías de células solares, los científicos también fabricaron células solares orgánicas (OSC) basadas en 2PACz/PYCA-3F. Utilizaron un método de recubrimiento de láminas al aire libre para fabricar los dispositivos OSC con estructura p-i-n. Los dispositivos resultantes tenían eficiencias que oscilaban entre el 17,71% y el 19,51%. El OSC con mejor rendimiento estaba basado en PM1:PTQ10:m-BTP-PhC6.

Los investigadores señalaron que las muestras de OSC lograron «uno de los mejores resultados de recubrimiento de láminas al aire libre» gracias a la estrategia de coadsorción y a la novedosa molécula pequeña de ácido SAM. También señalaron que el método mejoraba la estabilidad tanto de la perovskita como de los dispositivos OSC. «Tras 1000 horas de seguimiento del punto de máxima potencia, los PSC y OSC encapsulados conservan aproximadamente el 90% y el 80% de sus eficiencias iniciales, respectivamente», declaró el equipo, añadiendo que la estabilidad operativa, indicada por los resultados del seguimiento del punto de máxima potencia, subrayaba la “superioridad” del enfoque coadsorbido para las tecnologías PSC y OSC.

«En resumen, nuestro trabajo presenta una estrategia de coadsorción sencilla, racional y eficaz para mejorar el rendimiento de los dispositivos basados en SAM, lo que se traduce en avances de eficiencia tanto para PSC como para OSC basados en la estructura de dispositivos p-i-n, junto con una mayor estabilidad operativa», afirma el grupo de investigación.

La investigación se presentó recientemente en el artículo «Co-adsorbed self-assembled monolayer enables high-performance perovskite and organic solar cells», publicado en Nature Communications. El equipo de investigación estaba formado por científicos de la Universidad Meridional de Ciencia y Tecnología de China, la Universidad Politécnica de Hong Kong y la Universidad China de Hong Kong (CUHK).

 

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