KAUST ha desarrollado películas conductoras transparentes que dejan pasar un rango más amplio del espectro solar y están diseñadas para aumentar la eficiencia de conversión de energía de las células solares multifuncionales basadas en perovskita más allá del 30 por ciento. La eficiencia mejorada hace que estos dispositivos sean más atractivos comercialmente.

La eficiencia de conversión de energía de las células solares de perovskita ha aumentado drásticamente durante la última década. Células solares en tándem:aquellas que combinan una banda prohibida amplia, una celda superior de perovskita semitransparente y una celda inferior de silicio con banda prohibida baja, han logrado una eficiencia máxima de conversión de energía del 28 por ciento, superando a las células solares de silicio de unión única.

El rendimiento de las células solares en tándem basadas en perovskita se basa en la capacidad de la célula superior para recolectar la porción azul del espectro solar mientras deja pasar la luz del infrarrojo cercano. En cambio, la celda inferior solo necesita absorber la luz del infrarrojo cercano. "La semitransparencia de la celda superior depende de la banda prohibida óptica y del grosor de la película delgada de perovskita, así como de las características de los electrodos transparentes, especialmente su lado expuesto al sol, "explica el líder del estudio Stefaan De Wolf del Centro Solar KAUST.

Los electrodos transparentes ideales exhiben alta conductividad y transparencia de banda ancha, lo que reduce las pérdidas de energía y mejora el rendimiento del dispositivo en todo el espectro solar. El óxido de indio y estaño es el material conductor transparente de referencia para las células solares, pero su compensación conductividad-transparencia no es ideal. Esta compensación se manifiesta a través de sólo una moderada movilidad de electrones y absorción parasitaria, un fenómeno que compite con la absorción de luz responsable de la generación actual. Rieles, como titanio y molibdeno, se han utilizado como dopantes para electrodos a base de óxido de indio para mejorar esta compensación, pero sus elevadas temperaturas de procesamiento las hacen inadecuadas para las células en tándem basadas en perovskita.

Como alternativa De Wolf, Erkan Aydin y sus colegas de KAUST y la Universidad de Twente ahora han fabricado electrodos transparentes utilizando óxido de indio dopado con circonio (IZRO). "Este material se adapta a nuestras células solares en tándem basadas en perovskita debido a sus propiedades distintivas, especialmente su amplia banda prohibida que supera los 3,5 electronvoltios, alta conductividad y alta transparencia en el infrarrojo cercano, "Dice Aydin.

A diferencia de sus homólogos sin circonio, las películas IZRO inicialmente amorfas formaron cristales grandes cuando se calentaron a 200 grados Celsius durante 25 minutos en condiciones ambientales, sugiriendo que el dopaje de circonio promueve la cristalinidad. Las películas recocidas presentaron mayor transparencia y conductividad que sus precursores sin tratar, que conecta directamente la cristalinidad con el rendimiento del electrodo.

Cuando se incorpora en células en tándem de perovskita-silicio, los electrodos IZRO mejoraron la respuesta de la celda inferior en comparación con sus contrapartes convencionales. Esto aumentó la eficiencia de conversión de energía del 23,3 al 26,2 por ciento, "Una mejora notable para las células solares en tándem apiladas mecánicamente, "Dice Aydin.