Investigadores de la Universidad de Nanjing (China) han fabricado una célula solar en tándem totalmente de perovskita que, al parecer, presenta una menor recombinación no radiativa interfacial y una mejor extracción de carga.

Las células en tándem totalmente de perovskita -en las que se apilan dos células de perovskita diferentes- prometen eficiencias similares a las de los dispositivos en tándem de perovskita-silicio, muy por encima de la marca del 30%, con mejor flexibilidad, mucho menos peso y menor impacto ambiental que las tecnologías basadas en obleas de silicio.

“Las células solares en tándem totalmente de perovskita construidas con células de perovskita de banda ancha/estrecha tienen las ventajas de una alta eficiencia y un bajo coste, lo que constituye una importante dirección de desarrollo de la tecnología fotovoltaica de próxima generación”, declaró a pv magazine el autor principal del equipo de investigación, Hairen Tan. “Nuestras células solares en tándem totalmente de perovskita pueden utilizarse en la generación de energía de centrales eléctricas, fotovoltaica en tejados, descomposición catalítica del agua, descomposición catalítica del dióxido de carbono y aplicaciones espaciales debido a su alto voltaje de circuito abierto y su alta eficiencia”.

Los científicos también explicaron que en los dispositivos en tándem totalmente de perovskita construidos anteriormente, la perovskita sufría de un bajo voltaje de circuito abierto y factor de llenado debido a la alta densidad de defectos en la superficie de las películas mixtas de perovskita de banda estrecha basadas en plomo y estaño (Pb-Sn), lo que causa graves pérdidas por recombinación sin radiación en la interfaz entre el absorbedor de perovskita y la capa de transporte de electrones (ETL) de buckminsterfullereno (C60).

“Una estrategia habitual para reducir la pérdida por recombinación en la interfaz de las células de perovskita es depositar una capa de perovskita bidimensional (2D) en la superficie de la perovskita mediante un postratamiento en solución para formar una estructura de heterounión 2D/3D”, explica Tan. “Sin embargo, la perovskita 2D obtenida mediante postratamiento en solución tiene poca uniformidad (el valor n de la capa es difícil de controlar) y baja conductividad, lo que no favorece el transporte por la interfaz ni la extracción de portadores”.

Para resolver estos problemas, el equipo de Tan diseñó una novedosa heteroestructura de perovskita de doble capa 3D/3D. Mediante una mezcla de evaporación al vacío y procesamiento en solución, se hizo crecer una película 3D de perovskita de banda ancha de plomo puro sobre una película mixta de perovskita de banda estrecha de Pb-Sn.

“La perovskita 3D de plomo puro de banda ancha forma una estructura de heterounión de tipo II con la perovskita de banda estrecha, lo que favorece la retirada de los portadores de carga de la capa de absorción de la perovskita a la capa de transporte de electrones, reduce la pérdida por recombinación de la interfaz entre la perovskita y el C60 y mejora significativamente la tensión de circuito abierto, el factor de llenado y la eficiencia de las células solares”, explicó Tan.

La célula solar alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 28,5%, una tensión de circuito abierto de 2,112 V, una corriente de cortocircuito de 6,5 mA cm-2 y un factor de llenado del 81,9%, y los Laboratorios de Tecnología de Seguridad Eléctrica y Medio Ambiente de Japón certificaron una eficiencia estabilizada del 28,0%. “Los dispositivos en tándem encapsulados conservan más del 90% de su rendimiento inicial tras 600 horas de funcionamiento continuo bajo iluminación solar simulada”, declararon los investigadores.

El equipo chino también fabricó una célula con una gran superficie de 1,05 cm2, y su eficiencia alcanzó el 26,9%.

Los académicos describieron el dispositivo en el estudio “All-perovskite tandem solar cells with 3D/3D bilayer perovskite heterojunction” (Células solares en tándem totalmente de perovskita con heterounión 3D/3D de perovskita bicapa), publicado en Nature. De cara al futuro, señalan que es necesario investigar más a fondo algunas pérdidas eléctricas y ópticas para aprovechar todo el potencial de las células solares en tándem totalmente de perovskita. “Entre los posibles métodos para abordar las pérdidas ópticas se encuentran la reducción de la reflexión óptica mediante la gestión de la luz, el uso de electrodos frontales y materiales de transporte de huecos más transparentes, y la exploración de capas absorbentes de perovskita de banda prohibida más gruesas”, concluyen.

Otros investigadores de la Universidad de Nanjing desarrollaron recientemente una célula solar en tándem totalmente de perovskita con una eficiencia del 24,2%.