Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad NingboTech de China ha fabricado una célula solar de perovskita invertida con un pasivador de interfaz basado en carbanión de plomo (Pb-C-).
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 y 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).
Las células solares de perovskita invertida son conocidas por su impresionante estabilidad, pero se han visto frenadas por su menor eficiencia a la hora de convertir la luz solar en electricidad. Este problema surge principalmente en el punto en el que la capa de perovskita se encuentra con la capa de transporte de electrones, lo que provoca una pérdida de energía en lugar de convertirla en energía útil. La pérdida de energía se debe principalmente a la recombinación de portadores, sobre todo en la interfaz entre la perovskita y la capa de transporte de electrones.
«Los complejos de carbaniones de plomo son una de las especies de complejos de carbono menos exploradas y comprendidas y, hasta ahora, sólo se han observado en fase líquida», declaró a pv magazine el autor principal de la investigación, Zhenhua Xu. «En nuestro trabajo, presentamos la síntesis de complejos de carbaniones de plomo a granel y pretendemos explorar su influencia en las propiedades fotoeléctricas de las células solares de perovskita».
En el estudio «Lead carbanion anchoring for surface passivation to boost efficiency of inverted perovskite solar cells to over 25%» (Anclaje de carbanión de plomo para pasivación de superficies para aumentar la eficiencia de las células solares de perovskita invertida a más del 25 %), publicado recientemente en la revista Chemical Engineering Journal, los científicos explicaron que, con el tratamiento con carbaniones, el catión plomo residual (Pb2+) de la interfaz podía neutralizarse y coordinarse por completo.
«Una investigación exhaustiva de las propiedades de las películas de perovskita, mediante mapeo de fotoluminiscencia (PL) e imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM), reveló que la pasivación con carbaniones reduce los dominios ricos en defectos y disminuye el aislamiento de los granos en la superficie de la perovskita», declaró Xu.
El grupo construyó la célula solar con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una monocapa autoensamblada (SAM) como HTL, el absorbedor de perovskita, el pasivador de Pb-C-, una ETL basada en éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM), una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un contacto metálico de plata (Ag).
Probado en condiciones de iluminación estándar, el rendimiento del dispositivo alcanzó el 25,16%, una tensión de circuito abierto de 1,17 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,30 mA/cm2 y un factor de llenado del 85,0%. «Este buen rendimiento se atribuye principalmente a una alta tensión en circuito abierto de 1,17 V y una pérdida de tensión mínima de 0,38 V», explicó Xu, añadiendo que la célula alcanzó la tensión en circuito abierto más alta jamás registrada en un dispositivo fotovoltaico de perovksita invertida. «La superficie de perovskita se ancló con un fuerte enlace Pb-C-, lo que dio lugar a un dispositivo estable con una vida útil de más de 3 meses».
De cara al futuro, el grupo de investigación tiene previsto investigar otros complejos de carbaniones de plomo con distintos cationes, con los que se espera sintetizar más cristales y encontrar aplicaciones más allá de la energía solar fotovoltaica.
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