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  • La comprensión de los procesos de pérdida en las células solares de perovskita permite mejorar la eficiencia

    Con capas adicionales entre el semiconductor de perovskita y las capas de transporte de huecos y electrones (líneas rojas y azules), el equipo de la Universidad de Potsdam pudo aumentar aún más la eficiencia de la célula de perovskita. Crédito:Uni Potsdam

    En células solares de perovskita, Los portadores de carga se pierden principalmente a través de la recombinación que se produce en los sitios de defecto de la interfaz. A diferencia de, La recombinación en los sitios defectuosos dentro de la capa de perovskita no limita el rendimiento de las células solares en la actualidad. Equipos de la Universidad de Potsdam y Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) pudieron llegar a esta interesante conclusión a través de mediciones cuantitativas extremadamente precisas en 1 cm. 2 células de perovskita mediante fotoluminiscencia. Sus resultados contribuyen a mejorar las células solares de perovskita y ahora se han publicado en Energía de la naturaleza .

    Incluso las células solares hechas de un material milagroso perfecto nunca podrían convertir el 100 por ciento de la luz solar en energía eléctrica. Esto se debe a que la potencia máxima teórica alcanzable está limitada por la posición de las bandas de energía de los electrones, y por la inevitable radiación de fotones (el límite termodinámico o Shockley-Queisser). La eficiencia máxima de conversión de energía para el silicio es de aproximadamente el 33 por ciento, por ejemplo. Pero incluso este valor nunca se alcanzará realmente. Esto se debe a defectos de diversa índole que provocan la pérdida de algunos de los portadores de carga liberados por la luz solar. Para acercarse al valor máximo, Por tanto, es necesario investigar los diversos defectos de las células solares y determinar cuáles provocan pérdidas y cómo.

    Las capas de absorbente de perovskita organometálicas se consideran una nueva clase de material particularmente interesante para las células solares; en solo 10 años, su eficiencia ha aumentado del tres por ciento a más del veinte por ciento, una asombrosa historia de éxito. Ahora, un equipo encabezado por el Prof. Dr. Dieter Neher en la Universidad de Potsdam y el Dr. Thomas Unold en HZB ha logrado identificar los procesos de pérdida decisivos en las células solares de perovskita que limitan la eficiencia.

    En ciertos defectos en la red cristalina de la capa de perovskita, los portadores de carga (es decir, electrones y "huecos") que acaban de ser liberados por la luz solar pueden recombinarse de nuevo y, por tanto, perderse. Pero si estos defectos se ubicaron preferentemente dentro de la capa de perovskita, o en cambio, en la interfaz entre la capa de perovskita y la capa de transporte no estaba claro hasta ahora.

    Para determinar esto, los científicos emplearon técnicas de fotoluminiscencia con alta precisión, resolución espacial y temporal. Usando luz láser, excitaron la capa de perovskita del tamaño de un centímetro cuadrado y detectaron dónde y cuándo el material emitía luz en respuesta a la excitación. "Este método de medición en nuestro laboratorio es tan preciso, podemos determinar el número exacto de fotones que se han emitido, "explica Unold. Y no solo eso, la energía de los fotones emitidos se registró y analizó con precisión también utilizando una cámara CCD hiperespectral.

    "De este modo, pudimos calcular las pérdidas en cada punto de la celda y así determinar que los defectos más dañinos se encuentran en las interfaces entre la capa absorbente de perovskita y las capas de transporte de carga, "informa Unold. Esta es información importante para mejorar aún más las células solares de perovskita, por ejemplo, mediante capas intermedias que tienen un efecto positivo o mediante métodos de fabricación modificados.

    Con la ayuda de estos hallazgos, el grupo dirigido por el Prof.Dr. Dieter Neher y el Dr. Martin Stolterfoht en la Universidad de Potsdam ha logrado reducir la recombinación interfacial y así aumentar la eficiencia de 1 cm 2 células solares de perovskita de tamaño muy superior al 20 por ciento.


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