Un equipo internacional de investigación dirigido por el Instituto Gwangju de Ciencia y Tecnología (GIST) de Corea del Sur ha desarrollado un proceso de pasivación para películas de perovskita de formamidinio y yoduro de plomo (FAPbI3), que ha demostrado en células solares con una eficiencia de conversión de potencia certificada del 23,69%, y en módulos con una eficiencia certificada del 21,44%.
En cuanto a la estabilidad, los dispositivos heteropolipólicos pasivados con una capa adicional de perovskita de baja dimensión (LDP, por sus iniciales en inglés) mantuvieron el 92% de su eficiencia inicial tras 1.000 h, frente al 63% de un dispositivo de referencia sin tratar. Y los dispositivos de perovskita de tipo 6H sin la LDP mantuvieron el 81%.
Su trabajo se describe en «Shallow-level defect passivation by 6H perovskite polytype for highly efficient and stable perovskite solar cells» (Pasivación de defectos de nivel superficial mediante politipo de perovskita 6H para células solares de perovskita estables y altamente eficientes), publicado por nature communications.
«Hasta ahora, un enfoque típico ha sido introducir un reactivo químico externo para tratar el problema de los defectos. Sin embargo, la introducción de reactivos externos podría afectar directamente a la calidad cristalina de la perovskita durante el crecimiento del cristal, por lo que nuestro trabajo no se basa en este tipo de estabilizadores», afirma en un comunicado el autor Hobeom Kim, del Instituto Gwangju de Ciencia y Tecnología (GIST) de Corea del Sur. «En su lugar, empleamos un politipo de perovskita químicamente idéntico, la perovskita hexagonal politípica (6H) que contiene un componente de esquinas compartidas que suprime eficazmente la formación de defectos en la perovskita».
Para crear el componente, el equipo utilizó un exceso de yoduro de plomo y cloruro de metilamonio que intervino con el sitio del defecto dominante. En concreto, insertaron 6H en el politipo cúbico (3C) del policristalino en FAPbI3. Al parecer, el proceso mejoró la integridad estructural y la dinámica de portadores del FAPbI3, lo que dio lugar a un tiempo de vida del portador «ultralargo», superior a 18 microsegundos.
La pasivación de defectos consistió en depositar una capa de pasivación superficial de yoduro de octilamonio sobre la película de perovskita heteropolípica 3 C/6H para inducir la formación de una capa de pasivación de perovskita de baja dimensión (LDP).
Las células fabricadas tenían una estructura n-i-p. Tenían un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor, una capa de transporte de electrones de dióxido de titanio, una capa mesoporosa de dióxido de titanio/cloruro de potasio, un absorbedor de perovskita, una capa de transporte de huecos spiro-OMeTAD y un contacto metálico de oro.
El dispositivo de control tenía una eficiencia del 20,32%, mientras que la película policristalina heteropolípica con puente 6H permitía obtener un dispositivo con una eficiencia del 22,35%. Se consiguió una mejora adicional de la eficiencia mediante una capa de pasivación LDP sobre la película de perovskita con puente 6H, lo que dio como resultado una célula con una eficiencia del 24,13%, una tensión de circuito abierto de 1,156 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,58 mA cm-2 y un factor de llenado del 81,60%.
La mejor célula certificada por el Instituto Coreano de Investigación Energética tenía una eficiencia del 23,69%.
El equipo también fabricó módulos de 6,5 cm × 7,0 cm en un proceso de baja temperatura con ocho células de perovskita heteropolípica 3 C/6H pasivada LDP con interconexión P1, P2 y P3. El módulo de mejor rendimiento fue certificado por el Laboratorio de Pruebas y Calibración Fotovoltaica de Newport con una eficiencia del 21,44%.
Además del equipo del GIST de Corea del Sur, en el estudio participaron investigadores del Instituto Coreano de Ciencias Básicas (KBSI) y el Instituto Coreano de Investigación de Tecnología Química (KRICT), junto con la Universidad Toin de Yokohama (Japón), la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú (Rusia), la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) (Suiza) y la Universidad Rey Abdulaziz de Arabia Saudí.
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