Un equipo internacional de investigadores universitarios informa hoy que ha resuelto un importante desafío de fabricación para las células de perovskita, los intrigantes desafíos potenciales de las células solares basadas en silicio.

Estas estructuras cristalinas son muy prometedoras porque pueden absorber casi todas las longitudes de onda de luz. Las células solares de perovskita ya se comercializan a pequeña escala, pero las grandes mejoras recientes en su eficiencia de conversión de energía (PCE) están impulsando el interés en usarlos como alternativas de bajo costo para los paneles solares.

En el artículo de portada publicado en línea hoy para el 28 de junio, 2018 número de Nanoescala , una publicación de la Royal Society of Chemistry, el equipo de investigación revela un nuevo medio escalable de aplicar un componente crítico a las células de perovskita para resolver algunos de los principales desafíos de fabricación. Los investigadores pudieron aplicar la capa crítica de transporte de electrones (ETL) en las células fotovoltaicas de perovskita de una nueva forma (recubrimiento por pulverización) para imbuir al ETL con una conductividad superior y una fuerte interfaz con su vecino, la capa de perovskita.

La investigación está dirigida por André D. Taylor, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Escuela de Ingeniería Tandon de la Universidad de Nueva York, con Yifan Zheng, el primer autor del artículo e investigador de la Universidad de Pekín. Los coautores son de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China, Universidad de Yale, y la Universidad Johns Hopkins.

La mayoría de las células solares son "sándwiches" de materiales en capas de tal manera que cuando la luz incide en la superficie de la célula, excita electrones en material cargado negativamente y establece una corriente eléctrica moviendo los electrones hacia un entramado de "agujeros" cargados positivamente. En las células solares de perovskita con una orientación plana simple llamada p-i-n (o n-i-p cuando se invierte), la perovskita constituye la capa intrínseca que atrapa la luz (la "i" en p-i-n) entre la ETL cargada negativamente y una capa de transporte de huecos cargada positivamente (HTL).

Cuando se separan las capas cargadas positiva y negativamente, la arquitectura se comporta como un juego subatómico de Pachinko en el que los fotones de una fuente de luz desprenden electrones inestables del ETL, haciendo que caigan hacia el lado HTL positivo del sándwich. La capa de perovskita acelera este flujo. Mientras que la perovskita constituye una capa intrínseca ideal debido a su fuerte afinidad tanto por los huecos como por los electrones y su rápido tiempo de reacción, La fabricación a escala comercial ha demostrado ser un desafío en parte porque es difícil aplicar eficazmente una capa de ETL uniforme sobre la superficie cristalina de la perovskita.

Los investigadores eligieron el compuesto [6, Éster metílico del ácido 6] -fenil-C (61) -butírico (PCBM) debido a su historial como material ETL y porque el PCBM aplicado en una capa rugosa ofrece la posibilidad de mejorar la conductividad, contacto de interfaz menos penetrable, y captura de luz mejorada. "Se ha realizado muy poca investigación sobre las opciones ETL para el diseño plano p-i-n, ", dijo Taylor." El desafío clave en las células planas es, ¿Cómo los ensamblas de una manera que no destruya las capas adyacentes? "

El método más común es el spinning, que implica girar la célula y permitir que la fuerza centrípeta disperse el líquido ETL sobre el sustrato de perovskita. Pero esta técnica se limita a superficies pequeñas y da como resultado una capa inconsistente que reduce el rendimiento de la célula solar. La fundición giratoria también es inimitable para la producción comercial de grandes paneles solares mediante métodos como la fabricación de rollo a rollo, para lo cual la arquitectura flexible de perovskita planar p-i-n es por lo demás muy adecuada.

En cambio, los investigadores recurrieron al recubrimiento por pulverización, que aplica el ETL de manera uniforme en un área grande y es adecuado para la fabricación de grandes paneles solares. Informaron una ganancia de eficiencia del 30 por ciento sobre otros ETL, de un PCE del 13 por ciento a más del 17 por ciento, y menos defectos. "Nuestro enfoque es conciso, altamente reproducible, y escalable. Sugiere que el recubrimiento por pulverización del PCBM ETL podría tener un gran atractivo para mejorar la línea de base de eficiencia de las células solares de perovskita y proporcionar una plataforma ideal para las células solares de perovskita p-i-n que batirán récords en un futuro próximo ".