Una combinación de células solares semiconductoras de última generación

Las células solares de película delgada de perovskita representan un desafío para las células solares semiconductoras convencionales porque son más baratas y fáciles de fabricar. Crédito: 2021 NOMADD

Un enfoque sintético que mejora las capas absorbentes en las células solares de perovskita puede ayudarlas a alcanzar su máximo potencial y acercarse al rendimiento de los principales dispositivos de arseniuro de galio.

Soleado células El uso de capas delgadas de perovskita para capturar la luz solar es la tecnología fotovoltaica de más rápido crecimiento. Más baratas y fáciles de fabricar e incorporar en dispositivos que los semiconductores convencionales, las perovskitas de haluro de plomo también absorben eficazmente luz visible y exhiben longitudes de difusión largas de portadores de carga, un indicador de su capacidad para mantener la separación de electrones y huecos inducida por la luz y facilitar el transporte de carga.

Actuación células solares con bisagras en los materiales absorbentes con estructura de cristal de alta calidad y estrecho banda prohibida para maximizar la cosecha de luz solar. Este rango de banda prohibida óptimo cubre energías de 1,1 a 1,4 eV, que corresponde a la longitud de onda del infrarrojo cercano.

Las capas absorbentes que contienen perovskitas de haluro de plomo policristalino proporcionaron células solares altamente eficientes. Sin embargo, su funcionamiento se vio afectado por importantes alteraciones y defectos estructurales. El triyoduro de formamidinio de plomo tiene el intervalo de banda más pequeño hasta ahora, pero este intervalo supera el intervalo óptimo para los dispositivos de unión simple. Una forma de reducir la banda prohibida de las perovskitas es alear plomo y estaño en el absorbedor, pero esto introduce defectos de cristal e inestabilidad.

Ahora, el equipo de KAUST ha desarrollado un enfoque que utiliza una capa absorbente de un micrón de espesor compuesta de monocristales de perovskita para minimizar la brecha. Los cristales contienen una mezcla de cationes orgánicos de metilamonio y formamidinio.

Los científicos incorporaron una perovskita catiónica mixta en células solares no convencionales con pasador invertido, donde el absorbente se intercala entre una capa superior de transporte de electrones y una capa inferior de transporte de huecos. Las células solares resultantes mostraron una eficiencia del 22,8 por ciento, superando los dispositivos de mejor rendimiento que utilizan plomo de triyoduro de metilamonio monocristalino.

“Sabíamos que los absorbentes de cationes mixtos monocristalinos pueden superar a los absorbentes de cationes simples debido a su menor banda prohibida y mejores propiedades optoelectrónicas. Sin embargo, esto no se logró antes debido a los desafíos del crecimiento del cristal y la integración de dispositivos ”, dice Abdullah Alsalloum, estudiante de doctorado en el grupo de Osman Bakr.

Rendimiento cuántico externo de un catión mixto perovskita la película, que mide su eficiencia para convertir la luz entrante en portadores de carga, se ha desplazado hacia las longitudes de onda del infrarrojo cercano del triyoduro de plomo de formamidinio policristalino, en línea con su banda prohibida inferior. “Gracias al uso de un monocristal más grueso amortiguador ampliamos el rango de absorción de la película para acercarnos mucho al rango óptimo ”, dice Alsalloum.

El equipo está trabajando para mejorar el rendimiento y la estabilidad del dispositivo para acercarse a las mejores células solares de arseniuro de galio. “La investigación futura incluye la optimización de las interfaces de los dispositivos y la búsqueda de las más favorables equipo estructuras ”, añade Alsalloum.


Un paso claro como el cristal hacia las células solares comerciales

Más información:
Abdullah Y. Alsalloum et al., 22,8% – Células solares de perovskita catiónica mixta monocristalina eficientes con banda prohibida casi óptima, Ciencia sobre energía y medio ambiente (2021). DOI: 10.1039 / D0EE03839C

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