Investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), trabajando en colaboración con sus homólogos en la República de Corea, han validado el potencial de utilizar una combinación de perovskita y silicio para crear células solares con una eficiencia superior al 30%.

Su célula solar inicial alcanzó una eficiencia certificada del 26,2%.

"Este estudio proporciona un nuevo enfoque general con claros avances tecnológicos y conocimientos científicos para un mayor avance de las tecnologías de perovskita, "dijo Kai Zhu, un autor correspondiente de un artículo recientemente publicado en la revista Ciencias que describe el trabajo. Zhu es científico senior en el Centro de Química y Nanociencia de NREL.

Por sí mismo, el componente de perovskita registró una eficiencia del 20,7%, el más alto reportado en la literatura para perovskitas de banda ancha.

Los científicos también observaron que las pruebas aceleradas mostraron que la célula de perovskita exhibía una "excelente estabilidad a largo plazo" al retener más del 80 por ciento de su eficiencia inicial después de 1, 000 horas de iluminación continua.

El término perovskita se refiere a una estructura cristalina. Las células solares de perovskita se fabrican mediante una combinación de elementos y se han convertido en la tecnología solar de más rápido avance.

La investigación aparece en un artículo recientemente publicado en la revista. Ciencias , "Eficiente, células en tándem de silicio estables habilitadas por perovskitas de banda ancha modificadas por ingeniería aniónica ". Además de Zhu, Bryon Larson es coautor del artículo, Sean Dunfield, Chuanxiao Xiao, Jinhui Tong, Fei Zhang, y Joseph Berry, todos de NREL; y un grupo de científicos dirigido por Byungha Shin (Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea), Dong Hoe Kim (Universidad de Sejong), y Jin Young Kim (Universidad Nacional de Seúl), de la República de Corea.

Zhu, Dong Hoe Kim, y Shin concibieron el proyecto de investigación, que fue financiado en parte por la Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía. Los investigadores dijeron que la célula solar en tándem podría superar el 30% de eficiencia una vez que se realice trabajo adicional para perfeccionar la capa de silicio.

El dispositivo solar en tándem está hecho de una celda de perovskita superior y una celda de silicio inferior. Tanto la parte superior como la inferior toman segmentos separados del espectro solar a través de una banda prohibida. Cuanto más ancha sea la banda prohibida de la celda superior de perovskita, cuanta más luz solar pueda absorber el dispositivo de silicona inferior. La banda prohibida para el silicio se fija en 1,1 electrón-voltios (eV), pero la banda prohibida para las perovskitas se puede ajustar químicamente, o "sintonizado". El ideal es alrededor de 1,7 eV, pero para lograrlo es necesario reemplazar el yodo con bromo. Demasiado bromo sin embargo, puede hacer que la perovskita sea inestable.

Los investigadores en el campo han estado explorando el uso de la llamada fase bidimensional (2-D), en el que se añaden láminas de octaedros de haluro de plomo separados por moléculas de cadena larga a la perovskita para su uso como agente de pasivación para reducir la reactividad química. El uso de capas de pasivación ha demostrado ser eficaz para mejorar la estabilidad y el rendimiento de las perovskitas.

En la ingeniería de la capa de pasivación, los científicos de NREL y sus colegas en el extranjero se enfocaron en diseñar los iones cargados negativamente, llamados aniones, de los aditivos 2-D, en lugar de los iones cargados positivamente (cationes) en los que otros se han concentrado. Introduciendo tiocianato y mezclándolo con yodo, Los investigadores pudieron mejorar la estructura y las propiedades optoelectrónicas de la perovskita de banda ancha (1,68 eV) y el rendimiento del dispositivo. El uso de tiocianato permitió a los investigadores aumentar la densidad de corriente del dispositivo, mientras que el yodo mejoraba el voltaje.

Trabajando con colegas de la Universidad de Toronto, Xiao y Zhu desarrollaron un tándem de perovskita-silicio con una eficiencia certificada del 25,7% y una caída insignificante en el rendimiento después de 400 horas. Los hallazgos se informaron a principios de este mes en Ciencias .

La investigación paralela en NREL se centró en un tándem de perovskita-silicio altamente estable. También se informó a principios de este mes en Ciencias , el dispositivo se fabricó utilizando una combinación de yodo, bromo, y cloro. La eficiencia certificada del dispositivo tándem estable fue del 25,8%.