Las células solares en tándem (TSC), pilas de uniones p-n basadas en semiconductores con diferentes bandas prohibidas, son una solución energética muy prometedora que podría ayudar a reducir las emisiones de carbono. Las perovskitas, materiales abundantes en la tierra con una banda prohibida sintonizable, altas movilidades de portadores de carga, propiedades optoelectrónicas ventajosas y largas longitudes de difusión de portadores, podrían ser particularmente valiosas para crear TSC de bajo costo y alta eficiencia energética para implementaciones a gran escala.

Para fabricar TSC eficientes totalmente de perovskita, los ingenieros deben poder cultivar absorbentes de perovskita uniformes y de alta calidad a través de procesos de cristalización. Los absorbentes son capas semiconductoras dentro de las células solares que absorben fotones (es decir, partículas de luz) y excitan electrones para crear fotocorriente a partir de la luz solar. Sin embargo, hasta el momento, aún falta un proceso universal y efectivo para preparar absorbentes de perovskita para TSC.

Investigadores de la Universidad de Soochow y la Universidad de Sichuan han ideado recientemente una nueva estrategia para crear absorbentes de perovskita de alta calidad con granos en la escala micrométrica y una vida útil prolongada de los portadores. Esta estrategia, presentada en un artículo publicado en Nature Energy , se basa en un proceso de recocido en espacio cerrado (CSA), una técnica basada en el calor que se puede utilizar para cambiar las propiedades químicas de un material.

"La cristalización controlable juega un papel crucial en la formación de perovskitas de alta calidad", escribieron Changlei Wang y sus colegas en su artículo. "Aquí, presentamos una estrategia CSA universal que aumenta el tamaño de grano, mejora la cristalinidad y prolonga la vida útil de los portadores en banda prohibida baja (E baja). _g ) y banda ancha ancha (wide-E _g ) películas de perovskita".

Sorprendentemente, la estrategia CSA ideada por Wang y sus colegas es universal, ya que se puede aplicar a perovskitas con varias bandas prohibidas para producir absorbentes de alta calidad con granos agrandados y una vida útil más prolongada. Como parte de su estudio reciente, el equipo demostró su capacidad de generalización usándolo con éxito para preparar absorbentes basados ​​en perovskitas con diferentes composiciones químicas.

Esencialmente, la estrategia recién presentada implica el cultivo de perovskitas a través del proceso CSA, mientras se gestiona la presencia de solventes residuales dentro de las perovskitas de fase intermedia (es decir, la forma de la perovskita antes de que se lleven a cabo los pasos finales de recocido). Los investigadores descubrieron que esto promovía el crecimiento de los granos, fusionando los cristales vecinos a medida que las perovskitas liberaban lentamente los disolventes.

"Al colocar las películas de perovskita de fase intermedia con sus caras hacia las cubiertas permeables a los solventes durante el proceso de recocido, se obtienen capas absorbentes de perovskita de alta calidad con un proceso lento de liberación de solventes, lo que permite la fabricación de células solares de perovskita de unión simple (PVSC) eficientes. y células solares en tándem totalmente de perovskita", explicaron Wang y sus colegas en su artículo.

En las evaluaciones iniciales, la estrategia CSA ideada por los investigadores permitió la creación de absorbentes de perovskita de alto rendimiento con bandas prohibidas bajas y anchas. Estos absorbentes luego se usaron para fabricar TSC de perovskita de 4-T y 2-T que exhibieron notables eficiencias de conversión de energía.

"Los mejores PCE de 21,51 % y 18,58 % para unión simple de baja E _g y ancho-E _g Los PVSC se logran y, por lo tanto, garantizan la fabricación de células solares en tándem de perovskita con una eficiencia del 25,15 % y 4 terminales y del 25,05 % con dos terminales", escribieron Wang y sus colegas en su artículo.

En el futuro, la estrategia CSA presentada por este equipo de investigadores podría usarse para crear mejores absorbentes para TSC eficientes y de bajo costo que se basen únicamente en perovskitas. Esto podría facilitar la implementación a gran escala de estas soluciones energéticas altamente prometedoras. Mientras tanto, su estudio también podría inspirar a otros equipos de investigación en todo el mundo a idear estrategias de fabricación similares para producir absorbentes de perovskita de alto rendimiento. + Explora más

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