La inserción de una capa de fluoruro de metal en células solares en tándem de perovskita y silicio de varias capas puede detener la recombinación de carga y mejorar el rendimiento, según han descubierto los investigadores de KAUST.

Se espera que las células solares en tándem que combinan perovskita y subcélulas basadas en silicio en un solo dispositivo capturen y conviertan mejor la luz solar en electricidad que sus análogos de silicio convencionales de unión única a un costo menor. Sin embargo, cuando la luz solar incide sobre la subcélula de perovskita, los pares de electrones resultantes y los huecos cargados positivamente tienden a recombinarse en la interfaz entre la perovskita y la capa de transporte de electrones. Además, un desajuste entre los niveles de energía en esta interfaz dificulta la separación de electrones dentro de la celda. Acumulativamente, estos problemas reducen el voltaje operativo máximo disponible, o voltaje de circuito abierto, de las celdas en tándem y limitan el rendimiento del dispositivo.

Estos problemas de rendimiento se pueden resolver parcialmente introduciendo una capa de fluoruro de litio entre la perovskita y la capa de transporte de electrones, que generalmente comprende el fullereno aceptor de electrones (C₆₀ ). Sin embargo, las sales de litio se licuan y difunden fácilmente a través de las superficies, lo que hace que los dispositivos sean inestables. "Ninguno de los dispositivos pasó los protocolos de prueba estándar de la Comisión Electrotécnica Internacional, lo que nos llevó a crear una alternativa", dice el autor principal Jiang Liu, un postdoctorado en el grupo de Stefaan De Wolf.

Liu, De Wolf y colaboradores investigaron sistemáticamente el potencial de otros fluoruros metálicos, como el fluoruro de magnesio, como materiales de capa intermedia en la perovskita/C₆₀ Interfaz de celdas en tándem. Evaporaron térmicamente los fluoruros metálicos en la capa de perovskita para formar una película uniforme ultrafina con espesor controlado antes de agregar C₆₀ y componentes de contacto superiores. Las capas intermedias también son altamente transparentes y estables, en línea con los requisitos de las celdas solares p-i-n invertidas.

La capa intermedia de fluoruro de magnesio promovió efectivamente la extracción de electrones de la capa activa de perovskita mientras desplazaba C₆₀ de la superficie de perovskita. Esta recombinación de carga reducida en la interfaz. También mejoró el transporte de carga a través de la subcélula.

La celda solar en tándem resultante logró un aumento de 50 milivoltios en su voltaje de corriente abierta y una eficiencia de conversión de energía estabilizada certificada del 29,3 por ciento, una de las eficiencias más altas para las celdas en tándem de perovskita-silicio, dice Liu.

"Teniendo en cuenta que la mejor eficiencia es del 26,7 % para las células de unión única basadas en silicio cristalino convencionales, esta tecnología innovadora podría generar ganancias de rendimiento considerables sin aumentar el costo de fabricación", dice Liu.

Para explorar más a fondo la aplicabilidad de esta tecnología, el equipo está desarrollando métodos escalables para producir células tándem de perovskita-silicio a escala industrial con áreas que superan los 200 centímetros cuadrados. "También estamos desarrollando varias estrategias para obtener dispositivos tándem altamente estables que pasarán los protocolos críticos de estabilidad industrial", dice Liu. + Explora más

Capas de transporte de agujeros reticulados para células solares en tándem de perovskita de alta eficiencia