Una célula solar de perovskita invertida basada en una capa intermedia bimolecular sinérgica alcanza una eficiencia del 25,53%

Desarrollado por investigadores chinos, el dispositivo de perovskita invertida logra supuestamente la menor pérdida de tensión en circuito abierto inducida por recombinación no radiativa registrada hasta la fecha. Utiliza una capa intermedia bimolecular sinérgica para funcionalizar la interfaz de la perovskita.

julio 9, 2024 Emiliano Bellini

Esquema de la célula solar.

Imagen: Universidad de Fudan, nature communications, Licencia común CC BY 4.0

Un grupo de científicos dirigido por la Universidad Fudan de China ha desarrollado una célula solar de perovskita invertida que utiliza una capa intermedia bimolecular sinérgica (SBI, por sus iniciales en inglés) y que, según se informa, consigue la menor pérdida de tensión en circuito abierto inducida por recombinación no radiativa registrada hasta la fecha.

Las células de perovskita invertida tienen una estructura de dispositivo conocida como «p-i-n», en la que el contacto selectivo de huecos p está en la parte inferior de la capa intrínseca de perovskita i con la capa de transporte de electrones n en la parte superior. Las células de perovskita de haluro convencionales tienen la misma estructura pero invertida: una disposición «n-i-p». En la arquitectura n-i-p, la célula solar se ilumina a través del lado de la capa de transporte de electrones (ETL); en la estructura p-i-n, se ilumina a través de la superficie de la capa de transporte de huecos (HTL).

La estrategia SBI de los investigadores consistió en depositar ácido 4-metoxifenilfosfónico (MPA) y yoduro de 2-feniletilamonio (PEAI) como moduladores para funcionalizar la superficie de la perovskita.

«El MPA induce una reacción química in situ en la superficie de la perovskita mediante la formación de fuertes enlaces covalentes P-O-Pb que disminuyen la densidad de defectos superficiales y elevan el nivel de Fermi de la superficie», explican. «La PEAI crea además un dipolo superficial negativo adicional de modo que se construye una superficie de perovskita más tipo n, lo que mejora la extracción de electrones en la interfaz superior».

También subrayaron que la estrategia propuesta no afecta a la morfología superficial de la perovskita, a su cristalinidad ni a sus propiedades de absorción óptica, al tiempo que contribuye a una pasivación más eficaz de los defectos.

Los científicos construyeron la célula con un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de huecos (HTL) de ácido fosfónico llamado carbazol metil-sustituido (Me-4PACz), un absorbente de perovskita, la capa SBI, una capa de transporte de electrones (ETL) de buckminsterfullereno (C60) basada en éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM), una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag).

Mediante espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta (UPS), el equipo también descubrió que la superficie de perovskita puede fijar el estado de transporte de polarones negativos del PCBM ETL, promoviendo así aún más la transferencia de electrones a través de la interfaz perovskita/ETL.

«Además, la película de perovskita modificada con SBI muestra una menor diferencia de distribución del potencial superficial y una menor rugosidad superficial», afirma el equipo. «Una superficie de perovskita más lisa con una distribución de potencial superficial más uniforme es beneficiosa para formar un contacto eficiente con el ETL adyacente que evita la recombinación no radiativa».

Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula solar alcanzó una eficiencia de hasta el 25,53% y una densidad de corriente de cortocircuito de 24,31 mA cm2. También obtuvo una de las menores pérdidas de tensión en circuito abierto inducidas por recombinación no radiativa, de «sólo 59 mV», y una eficiencia certificada del 25,05%. «Además, el dispositivo objetivo también presenta una buena estabilidad, conservando el 95% de su eficiencia inicial durante un envejecimiento de más de 1000 h», añadieron los académicos.

Describieron el nuevo concepto de célula en el estudio «Reducing nonradiative recombination for highly efficient inverted perovskite solar cells via a synergistic bimolecular interface» (Reducción de la recombinación no radiativa para células solares de perovskita invertida altamente eficientes a través de una interfaz bimolecular sinérgica), publicado recientemente en Nature Communications. «Estos resultados demuestran el importante papel de nuestra estrategia SBI en las propiedades de la superficie de la perovskita, que muestran una gran eficacia en la minimización de la densidad de trampas y la construcción de una superficie de perovskita con una energética beneficiosa, y allanan el camino para seguir mejorando las células solares de perovskita», concluyeron los científicos.

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