La inserción de una capa de fluoruro de metal en células solares en tándem de perovskita y silicio de varias capas puede detener la recombinación de carga y mejorar el rendimiento, según investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah en Arabia Saudita.
En un artículo publicado en la revista Science, los académicos explican que las células solares en tándem que combinan perovskita y subcélulas basadas en silicio en un dispositivo se espera que capturen y conviertan mejor la luz solar en electricidad que sus análogos de silicio de unión simple convencionales a un costo menor. Sin embargo, cuando la luz del sol incide en la subcélula de perovskita, los pares de electrones resultantes y los huecos cargados positivamente tienden a recombinarse en la interfaz entre la perovskita y la capa de transporte de electrones.
Además, un desajuste entre los niveles de energía en esta interfaz dificulta la separación de electrones dentro de la celda. Acumulativamente, estos problemas reducen el voltaje operativo máximo disponible, o voltaje de circuito abierto, de las celdas en tándem y limitan el rendimiento del dispositivo.
Estos problemas de rendimiento se pueden resolver parcialmente introduciendo una capa de fluoruro de litio entre la perovskita y la capa de transporte de electrones, que generalmente comprende el fullereno aceptor de electrones (C60). Sin embargo, las sales de litio se licuan y difunden fácilmente a través de las superficies, lo que hace que los dispositivos sean inestables.
“Ninguno de los dispositivos ha pasado los protocolos de prueba estándar de la Comisión Electrotécnica Internacional, lo que nos llevó a crear una alternativa”, dijo el autor principal, Jiang Liu, en un comunicado de prensa.
Liu y sus colegas investigaron sistemáticamente el potencial de otros fluoruros metálicos, como el fluoruro de magnesio, como materiales de capa intermedia en la perovskita/C60 interfaz de células en tándem.
Evaporaron térmicamente los fluoruros metálicos en la capa de perovskita para formar una película uniforme ultrafina con espesor controlado antes de agregar C 60 y componentes de contacto superiores. Las capas intermedias también son altamente transparentes y estables, en línea con los requisitos de las celdas solares de pines invertidos.
La capa intermedia de fluoruro de magnesio promovió efectivamente la extracción de electrones de la capa activa de perovskita mientras desplazaba C 50 de la superficie de perovskita. Esta recombinación de carga reducida en la interfaz. También mejoró el transporte de carga a través de la subcélula.
La celda solar en tándem resultante logró un aumento de 50 milivoltios en su voltaje de corriente abierta y un eficiencia de conversión de energía estabilizada certificada de 29. 3%: una de las eficiencias más altas para células tándem de perovskita-silicio.
“Considerando que la mejor eficiencia es 08.7% para la corriente principal de silicio cristalino- basadas en celdas de unión única, esta tecnología innovadora podría generar ganancias de rendimiento considerables sin aumentar el costo de fabricación”, dijo Liu.
Para explorar más a fondo la aplicabilidad de esta tecnología, el equipo está desarrollando métodos escalables para producir células tándem de perovskita-silicio a escala industrial con áreas que exceden 200 centímetros cuadrados.
“También estamos desarrollando varias estrategias para obtener dispositivos tándem altamente estables que pasen los protocolos críticos de estabilidad industrial”, señaló el científico.
