Investigadores de la Universidad Tarbiat Modares (TMU) de Irán han desarrollado una célula solar de perovskita utilizando una capa de transporte de huecos (HTL) de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT). Este SWCNT, un cilindro hueco de lámina de grafeno retorcida, mejora el transporte de huecos dentro de la célula. Los investigadores rodearon el nanotubo con puntos cuánticos coloidales de sulfuro de plomo (PbS-CQDs).
«Los materiales mencionados pueden absorber bien la luz solar y, a su vez, aumentar la absorción y la generación de portadores en la estructura, con lo que se incrementa la eficiencia de conversión de energía», afirman los investigadores. «Además, como la vida útil de los portadores en el material PbS-CQDs es cercana a 2000 ns, esto provoca una menor recombinación de electrones y huecos en la estructura, lo que a su vez conduce al aumento de la tensión de circuito abierto en el sistema».
Los investigadores construyeron la célula utilizando un contacto de carbono, con el SWCNT sirviendo como capa de transporte de huecos (HTL). La estructura de la célula incluye un absorbedor de perovskita MAPbI3, una capa de transferencia de electrones (ETL) de dióxido de titanio (TiO2) y un contacto superior de óxido de indio y estaño (ITO).
«Tras hallar la longitud óptima de SWCNT y la altura de HTL, empezamos a barrer la distancia de centro a centro (CCD) entre nanotubos de celdas unitarias adyacentes de 5 nm a 30 nm», explican los investigadores. «La brecha de banda del SWCNT seleccionado con las características mencionadas es igual a 1,3 eV».
El equipo de investigación determinó que la configuración y el rendimiento óptimos de la célula se obtenían con los PbS-CQD rodeando completamente el SWCNT, con la altura HTL fijada en 800 nm.
El diseño final de la célula, respaldado por simulaciones, alcanzó una eficiencia de conversión energética del 19,98%, una tensión de circuito abierto de 0,94 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 24,45 mA/cm² y un factor de llenado del 86%, con lo que se resolvieron los problemas de estabilidad de la perovskita para su posible uso industrial.
El estudio, «Single-walled carbon nanotube as hole transport layer in perovskite solar cell: Efficiency enhancement» (Nanotubos de carbono de pared simple como capa de transporte de huecos en células solares de perovskita: Aumento de la eficiencia), se publicó recientemente en Energy Reports.
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