Con 21,09 por ciento de eficiencia de corriente de fotones (PCE), KAUST ha logrado ahora la mayor eficiencia de conversión de energía para las células solares de perovskita de cristal único desde que se inició un trabajo similar en 2016. Modificado con permiso de la referencia 1. Crédito:KAUST
Un enfoque sintético desarrollado por los investigadores de KAUST genera cristales homogéneos y sin defectos que podrían acelerar la comercialización de células solares de perovskita.
"Las células solares de perovskita son el tipo de tecnología fotovoltaica de más rápido desarrollo, con eficiencias de conversión de energía que aumentaron del 3.8 por ciento en 2009 al 24.2 por ciento en 2019 para dispositivos de unión simple, "dice Osman Bakr, quien dirigió el estudio con Omar Mohammed. Este rápido aumento en el rendimiento está asociado con la fabricación de dispositivos económicos y simples, lo que hace que estas células solares sean comercialmente atractivas.
El rendimiento y la estabilidad de las células solares dependen de la morfología de las películas delgadas de perovskita, que actúan como capas de captación de luz en los dispositivos. Además de su bajo costo y fácil procesamiento, estos materiales tienen propiedades ópticas y de transporte excepcionales. Perovskitas híbridas a base de plomo que combinan un catión de metilamonio con varios haluros, como las formas aniónicas de bromo y yodo, presentan una banda prohibida óptica estrecha y sintonizable. Esta banda prohibida se acerca al valor teórico requerido para alcanzar la máxima eficiencia de conversión para una celda solar de unión única. Por lo tanto, las perokskitas podrían convertirse en un sustituto de elección para los materiales solares a base de silicio.
Una foto y un esquema de la célula solar de perovskita monocristalina desarrollada por KAUST. Crédito:KAUST
Sin embargo, Las células solares de perovskita existentes generalmente consisten en películas delgadas policristalinas que están muy desordenadas y defectuosas. lo que evita que los dispositivos logren un rendimiento óptimo.
Para abordar este asunto, Bakr y Mohammed ahora han producido una relación de aspecto alta, películas monocristalinas de perovskitas de triyoduro de plomo y metilamonio. Lo lograron iniciando la cristalización entre dos sustratos recubiertos de polímero que luego restringirían físicamente el crecimiento de cristales a una dimensión bajo calentamiento.
En comparación con sus homólogos policristalinos, Las perovskitas monocristalinas muestran una densidad de defectos sustancialmente menor y longitudes de difusión de portador de carga mucho más altas:esta es una medida de su capacidad para mantener los electrones generados por luz separados de los agujeros cargados positivamente y crear corriente eléctrica. Por lo tanto, “Razonamos que estos monocristales ofrecen una oportunidad para que la tecnología de células solares de perovskita supere estas limitaciones y se acerque lo más posible al límite de eficiencia teórico, "Dice Mohammed.
Las curvas de corriente-voltaje demuestran la eficacia de las células solares para convertir la luz solar en electricidad. Crédito:KAUST
Los cristales que exhibió un espesor de 20 micrómetros y un área de varios milímetros cuadrados, proporcionó células solares de alta calidad con una eficiencia máxima de conversión de energía del 21,09 por ciento. Estos dispositivos establecieron un nuevo récord de rendimiento para las células solares de cristal único de perovskita.
"Nos sorprendieron gratamente estos resultados, "Dice Bakr. Añade que los investigadores inicialmente pensaron que necesitarían hacer crecer cristales mucho más delgados que 20 micrómetros para lograr este rendimiento, y el crecimiento de cristales delgados es extremadamente desafiante.
Los investigadores creen que esta eficiencia récord destaca el papel potencial de los monocristales en el desarrollo de dispositivos que contienen perovskita en paralelo con el camino seguido por sus homólogos policristalinos.
