Un grupo de investigación dirigido por el instituto de investigación alemán Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH ha demostrado una célula solar de perovskita-silicio en tándem basada en nanotexturas submicrométricas y en un diseño mejorado del reflector posterior.
En el estudio «Nano-optical designs for high-efficiency monolithic perovskite-silicon solar cells» (Diseños nano-ópticos para células solares monolíticas de silicio de alta eficiencia), publicado en nature nanotechnology, los científicos explican que la suave nanotextura sinusoidal que utilizaron en la célula combina las ventajas de estructurar la superficie del silicio con el mantenimiento de la alta calidad del material de la perovskita procesada en solución.
«Demostramos que la nanotextura provoca una reducción sustancial de las pérdidas por reflexión en comparación con su contraparte planar, mejora fuertemente el rendimiento de fabricación gracias a las excelentes propiedades de formación de la película y aumenta el voltaje de circuito abierto en 15 mV», afirmaron.
Mediante el uso de litografía de nanoimpresión ultravioleta, grabado iónico reactivo y grabado químico húmedo, el grupo alemán construyó la célula con un reflector con una capa de amortiguación dieléctrica (RDBL) en la parte trasera de la célula inferior de silicio y una nanoestructura sinusoidal en la superficie delantera.
El equipo diseñó el dispositivo en tándem con un contacto pasivado hecho con una capa de carburo de silicio nanocristalino hidrogenado (nc-SiC:H(n)), óxido de indio dopado como óxido conductor transparente (TCO), una monocapa autoensamblada de carbazol metil-sustituido (Me-4PACz) como capa de transporte de huecos y un absorbedor de perovskita. La célula de fondo de silicio tiene un tamaño de 2,5 × 2,5 cm2 y un área de contacto de 1,1 cm2 en el centro.
«El RDBL comprende una capa amortiguadora de óxido de silicio (SiO2) entre el TCO y el retrorreflector de plata, lo que reduce las pérdidas de absorción parásitas. Una rejilla de plata que cubre el 4% del área activa se serigrafía sobre el TCO antes de la deposición de SiO2 para establecer el contacto eléctrico entre el TCO y la Ag», explicaron además.
Expertos del laboratorio Fraunhofer ISE CalLab de Alemania probaron el rendimiento de la célula solar y certificaron que alcanzaba una eficiencia de conversión de energía del 29,80%, una tensión de circuito abierto de 1,92 V, una corriente de cortocircuito de 19,56 mA cm-2 y un factor de llenado del 79,4%. Los científicos afirman que estos niveles de corriente de cortocircuito, tanto para la célula superior de perovskita como para la inferior de silicio, se encuentran entre los valores más altos registrados en la literatura para células de dos terminales de perovskita-silicio hasta la fecha.
«Un análisis de sensibilidad indica además que las nanotexturas mejoran sustancialmente la solidez del rendimiento ante desviaciones del grosor óptimo de la capa de óxido de silicio nanocristalino, un aspecto importante de cara a la industrialización de la tecnología en tándem y su procesamiento en superficies mayores», concluyeron.
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