“Nuestro trabajo demuestra por primera vez que una célula en tándem de perovskita/silicio puede combinarse con un sistema electrolizador de agua”, declaró el investigador René Jannsen a pv magazine. “Para convertirlo en un producto comercial de éxito, aún quedan muchos pasos por dar. Esto implica aumentar la escala de la tecnología, abordar la estabilidad con mayor detalle y utilizar catalizadores más abundantes en tierra en la reacción de separación del agua”. ”
Los científicos construyeron una célula de flujo electroquímico (EC) con un área activa de 4 cm2 y un diseño de dos compartimentos. Para la célula solar en tándem, combinaron una célula superior de perovskita y una inferior basada en una arquitectura de heterounión de silicio. Las células electroquímicas y fotovoltaicas se conectaron mediante cables para formar un sistema integrado de separación de agua asistida por energía solar.
“El diseño que hemos utilizado se ha probado a escala de laboratorio en 1 cm2”, explica Jannsen. “En principio, puede ampliarse a superficies mayores, pero en ese caso habría que adaptar algunos de los métodos de deposición”.
La célula superior se basa en una perovskita conocida como K0,05Cs0,05(FA0,79MA0,21)0,90Pb(I0,79Br0,21)3 con un bandgap energético de unos 1,67 eV. Depositaron la capa de perovskita mediante deposición de capas atómicas (ALD) y aplicaron fluoruro de magnesio (MgF2) como recubrimiento antirreflectante. Desarrollaron el dispositivo con un sustrato de vidrio y óxido de indio y estaño (ITO), una capa tampón de óxido de estaño (SnO2), una capa de transporte de electrones de buckminsterfullereno (C60), la capa de perovskita y una capa de transporte de huecos de carbazol (2PACz).
El equipo de investigadores utilizó la deposición de capas atómicas (ALD) asistida por plasma para colocar una capa intermedia de óxido de níquel (NiO) entre las dos células y un sustrato ITO como capa de interconexión. Diseñaron la célula inferior con un diseño convencional basado en capas de silicio amorfo y silicio cristalino con la adición de un sustrato ITO y un contacto metálico de plata (Ag).
El dispositivo campeón en tándem construido con esta configuración alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 25,1%, una tensión de circuito abierto de 1,80 V, una corriente de cortocircuito de 17,9 mA cm-2 y un factor de llenado de 0,78. Según los investigadores, esta configuración del sistema es capaz de alcanzar una eficiencia de conversión de energía solar en hidrógeno (STH) superior al 21%.
“Esta eficiencia STH es la más alta registrada en sistemas que funcionan con una intensidad luminosa equivalente a aproximadamente 1 Sol, y una de las más altas registradas en diversas combinaciones de sistemas EC y fotovoltaicos”, explicaron.
Describieron el sistema en “Efficient Continuous Light-Driven Electrochemical Water Splitting Enabled by Monolithic Perovskite-Silicon Tandem Photovoltaics” (Eficaz división electroquímica del agua por luz continua mediante fotovoltaica monolítica en tándem de perovskita y silicio), publicado recientemente en Advanced Materials Technology.
“Estamos interesados en colaborar con socios comerciales que quieran hacer de esto una tecnología”, afirma Jannsen. “El diseño actual con el uso de metales como el indio (en el electrodo superior de la célula en tándem), y el platino y el rutenio en los catalizadores de evolución del hidrógeno y el oxígeno necesita ser sustituido por alternativas más abundantes en tierra y más baratas. Se conocen ejemplos de tales materiales, pero aún no los hemos probado”.
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