Científicos del laboratorio fotovoltaico de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) han desarrollado un nuevo diseño de células solares de perovskita que extiende su estabilidad y eleva su eficiencia a niveles comparables con las células solares de silicio de mayor coste. Se trata de una solución de capas finas de perovskita en la parte superior e inferior de la interfaz que aumenta la eficiencia de conversión de energía hasta el 25,6%.
Las células solares de perovskita cuestan aproximadamente la mitad que las células solares de silicio. También son más flexibles, ampliando el número de aplicaciones en las que se pueden desplegar. Finalmente, debido a que pueden absorber un espectro más amplio de longitudes de onda de luz visible, se espera que las células solares de perovskita alcancen una mayor capacidad de energía que sus contrapartes de silicio. Sin embargo, las células solares de perovskita no superarán a las células solares de silicio siempre que sigan existiendo ciertas limitaciones.
Los científicos del KAUST señalan que la estabilidad es el mayor problema. Debido a que generalmente se usan bajas temperaturas en el proceso de síntesis, los defectos son inevitables. La solución, según los expertos, son los materiales de pasividad con soluciones escalables. Las capas delgadas que se depositan en la parte superior e inferior de la interfaz de perovskita 3D en la célula solar generalmente proporcionan la mejor pasividad. Para maximizar el rendimiento, estas estructuras cristalinas deben controlarse en cuanto a su grosor, pureza y dimensión.
El equipo de investigación probó varios ligandos comerciales antes de identificar el que mejor interactuaba con las perovskitas 3D para la pasivación. Este ligando no se eliminó durante el proceso de deposición, manteniendo una composición pura en las capas delgadas, lo que resultó en una heterounión efectiva tanto en la parte superior como en la inferior de las perovskitas 3D.
Aumento en la eficiencia mediante heterounión
Las células solares de perovskita con esta nueva heterounión tienen una eficiencia de conversión de energía del 25,6%, que es comparable con las células solares de silicio y superior a las de perovskita estándar. Además, la eficiencia tuvo una pérdida relativa de solo el 5% después de 1.000 horas de exposición a altas temperaturas, mientras que las celdas diseñadas con otros materiales de pasividad experimentaron pérdidas relativas de alrededor del 20%.
Por otro lado, al comprender cómo el ligando estabiliza las capas delgadas a través de un análisis de caracterización integral que incluyó microscopía electrónica operada por KAUST Core Labs, así como dispersión de rayos X y espectroscopía de fotoelectrones, esto permitirá una mayor optimización de la heterounión para una mayor estabilidad.