Científicos de la Universidad Politécnica Northwestern de China han utilizado una estrategia de dopaje sin litio para fabricar una célula solar de perovskita basada en una capa de transporte de huecos (HTL, por sus iniciales en inglés) sin metal hecha de espiro-OMeTAd que, según se informa, ofrece unos niveles de eficiencia y estabilidad notables.
El equipo de investigación explicó que la espiro-OMeTAD para aplicaciones de células de perovskita se suele dopar con un compuesto conocido como bis(trifluorometanosulfonil)imida de litio (LiTFSI) para mejorar la extracción de huecos y la conductividad. Sin embargo, este tipo de dopaje requiere una oxidación al aire durante 24 horas, lo que supone un obstáculo para la producción comercial de dispositivos fotovoltaicos de perovskita.
«La eficacia inadecuada del dopaje de este proceso de postratamiento puede dar lugar a la retención de reactivos sin reaccionar y/o subproductos perjudiciales en la capa de spiro-OMeTAD dopada, lo que afecta negativamente a la eficiencia del dispositivo», subrayan los académicos. «Además, un reto importante que restringe su aplicación práctica es el compromiso entre alta eficiencia y estabilidad».
Para resolver este problema, utilizaron una sal conocida como Eu(TFSI) para el dopaje del espiro-OMeTAD, que puede generar oxígeno (O2) y facilitar la preoxidación del espiro-OMeTAd. «A diferencia del dopaje LiTFSI convencional con exposición al aire, los HTL spiro-OMeTAD derivados del O2 pueden obtener instantáneamente una alta conductividad y una función de trabajo ideal sin necesidad de tratamientos posteriores», añadieron.
Adoptando esta estrategia de dopaje, los investigadores construyeron la célula solar con un sustrato de vidrio y óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de electrones (ETL) basada en óxido de titanio (TIO2), un absorbedor de perovskita, la HTL propuesta dopada con Eu(TFSI) y un contacto metálico de oro (Au).
Probado en condiciones de iluminación estándar bajo barrido inverso, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 25,45%, una tensión de circuito abierto de 1,210 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,41 mA cm2 y un factor de llenado del 82,50%. Una célula de referencia dopada con LiTFSI con la misma arquitectura alcanzó una eficiencia de sólo el 23,19%.
«Además, los dispositivos derivados del O2 ofrecen una potencia de salida estabilizada (SPO) del 25,22% durante 100 s, mientras que la SPO de los dispositivos dopados con LiTFSI apenas se estabiliza en el 22,48%», explicaron los científicos, señalando que la célula también era capaz de conservar el 90% de su eficiencia inicial tras 1000 h de funcionamiento.
A continuación, el dispositivo se utilizó para construir un módulo solar de perovskita de 6 cm x 6 cm que alcanzó una eficiencia del 20,35%. Según el equipo, este resultado demuestra la eficacia de la nueva estrategia de dopaje independientemente del tamaño de los dispositivos.
«En las células solares de perovskita con HTLs spiro-OMeTAD sin oxidación o sin Li, el presente trabajo de dopaje con O2 se sitúa entre los más altos tanto en términos de eficiencia como de estabilidad», concluyeron los académicos.
La novedosa estrategia de dopaje y la arquitectura de la célula se describen en el artículo «Superoxide radical derived metal-free spiro-OMeTAD for highly stable perovskite solar cells» (Spiro-OMeTAD libre de metales derivado de radicales superóxido para células solares de perovskita altamente estables), publicado en Nature Communications.
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