Ilustración esquemática de la alineación del nivel de energía entre los componentes del dispositivo con (a) FTO-AB y (b) FTO-BA como ETL. Crédito:Universidad de Kanazawa
Los investigadores han superpuesto diferentes formas minerales de óxido de titanio para mejorar la eficiencia de las células solares de tipo perovskita en una sexta parte. La capa de óxido de titanio pudo transportar mejor los electrones desde el centro de la celda hasta sus electrodos. Este nuevo enfoque podría usarse para fabricar células solares de tipo perovskita aún más eficientes en el futuro.
Si bien la mayoría de las células solares están hechas de silicio, tales células son difíciles de fabricar, requiriendo cámaras de vacío y temperaturas superiores a 1000 ° C. Por lo tanto, los esfuerzos de investigación se han centrado recientemente en un nuevo tipo de célula solar, a base de perovskitas de halogenuros metálicos. Las soluciones de perovskita se pueden imprimir a bajo costo para crear más eficientes, células solares económicas.
En las células solares, las perovskitas pueden convertir la luz en electricidad, pero deben estar intercaladas entre un electrodo negativo y uno positivo. Uno de estos electrodos debe ser transparente, sin embargo, para permitir que la luz del sol llegue a las perovskitas. No solo eso, cualquier otro material utilizado para ayudar a que las cargas fluyan desde las perovskitas al electrodo también debe ser transparente. Los investigadores han descubierto anteriormente que las delgadas capas de óxido de titanio son transparentes y capaces de transportar electrones al electrodo.
Ahora, un equipo de investigación con sede en Japón centrado en la Universidad de Kanazawa ha llevado a cabo un estudio más detallado de las células solares de perovskita utilizando capas de transporte de electrones hechas de anatasa y brookita, que son diferentes formas minerales de óxido de titanio. Compararon el impacto de usar anatasa pura o brookita o capas combinadas (anatasa sobre brookita o brookita sobre anatasa). El estudio del equipo se publicó recientemente en la revista ACS. Nano letras .
Curvas J-V de PSC con FTO-A, FTO-B, FTO-AB, y FTO-BA como ETL. Imágenes insertadas:imagen STEM de los NP de TiO2 de brookite, dispersión de brookita y estructura cristalográfica de brookita TiO2 con poliédrico de TiO6 resaltado (los átomos azul y rojo representan titanio y oxígeno, respectivamente). Crédito:Universidad de Kanazawa
Las capas de anatasa se fabricaron pulverizando soluciones sobre vidrio recubierto con un electrodo transparente que se calentó a 450 ° C. Mientras tanto, los investigadores utilizaron nanopartículas de brookita solubles en agua para crear las capas de brookita, ya que las tintas solubles en agua son más respetuosas con el medio ambiente que las tintas convencionales. Estas nanopartículas han dado malos resultados en el pasado; sin embargo, el equipo predijo que la combinación de capas resolvería los problemas encontrados anteriormente al usar las nanopartículas.
"Al colocar brookite sobre anatasa, pudimos mejorar la eficiencia de las células solares hasta en un 16,82%, ", dice el coautor del estudio Koji Tomita.
Estos resultados abren una nueva forma de optimizar las células solares de perovskita, a saber, mediante el apilamiento controlado y la manipulación de las diferentes formas minerales de óxido de titanio.
Imagen SEM de corte transversal de la PSC con un ETL de unión heterofase FTO-AB. Crédito:Universidad de Kanazawa
"El uso de diferentes fases minerales y combinaciones de estas fases permite un mejor control del transporte de electrones fuera de la capa de perovskita y también evita que las cargas se recombinen en el borde entre el material de perovskita y la capa de transporte de electrones, "dice el primer autor Md. Shahiduzzaman." Juntos, Ambos efectos nos permiten lograr una mayor eficiencia de las células solares ".
Comprender cómo crear células solares de perovskita más eficientes es importante para desarrollar una nueva generación de células solares de bajo costo que podrían proporcionar energía limpia asequible en el futuro.
