Científicos de la Universidad Northwestern, la Universidad de Toronto y la Universidad de Toledo han fabricado una célula solar en tándem totalmente de perovskita con un alto voltaje de circuito abierto (VOC), debido a la recombinación limitada en la capa de transporte de electrones (ETL).

Inicialmente recubrieron la superficie de la capa de perovskita con una sustancia conocida como 1,3-propanediamonio (PDA). Esto aumenta el rendimiento cuántico de la fotoluminiscencia (PLQY), que define el número de fotones emitidos como una fracción del número de fotones absorbidos. A continuación, recubrieron la película de perovskita sobre un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO) y el ETL y depositaron una capa de transporte de electrones hecha de buckminsterfullereno (C60).

“El PDA tiene una carga positiva y es capaz de igualar el potencial de la superficie”, explica el investigador Hao Chen. “Cuando añadimos el recubrimiento, conseguimos una alineación energética mucho mejor de la capa de perovskita con la capa de transporte de electrones, y eso condujo a una gran mejora de nuestra eficiencia global”.

Los tratamientos superficiales comunes de monoamonio no alinean energéticamente la película de perovskita y la ETL, pero las moléculas de diamonio tienen la capacidad de modificar los estados superficiales de la perovskita y lograr una distribución espacial más uniforme del potencial superficial.

“Utilizando 1,3-propane diammonium (PDA), el QFLS aumenta en 90 meV”, explicaron los científicos.

La célula alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 26,3% y una tensión de circuito abierto de 2,13 eV, según certificó el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de Estados Unidos. La célula también fue capaz de conservar el 86% de su eficiencia inicial tras 500 horas de funcionamiento continuo.

Los científicos afirmaron que un prototipo de la célula alcanzó incluso una eficiencia certificada internamente del 27,4%, un voltaje de circuito abierto de 2,19 eV que batió el récord, una corriente de cortocircuito de 15,1 mA/cm2 y un factor de llenado del 83,1%.

“El VOC de 2,19 V representa una mejora significativa con respecto al anterior VOC más alto registrado entre los mejores tándems de perovskita (2,05 V), debido al alto VOC de la subcelda de bangap ancho tratada con PDA”, dijeron.

Describieron la tecnología de la célula en “Regulating surface potential maximizes voltage in all-perovskite tandems” (La regulación del potencial de superficie maximiza el voltaje en los tándems de perovskita), publicado recientemente en Nature.

“En nuestra célula, la capa superior de perovskita absorbe bien la parte ultravioleta del espectro, así como parte de la luz visible”, explica el investigador Chongwen Li. “La capa inferior tiene un hueco de banda estrecho, que se orienta más hacia la parte infrarroja del espectro. Entre las dos cubrimos más espectro del que sería posible con el silicio”.