Abriendo nuevos caminos: logrando un voltaje récord con células solares de perovskita transparente

Un equipo de investigadores de la Universidad de Stuttgart en Alemania ha logrado un avance innovador en el campo de las células solares de perovskita. Han desarrollado con éxito una célula solar de perovskita transparente de unión simple con un impresionante voltaje de 1,78 V, estableciendo un nuevo récord en la industria.

El componente clave de esta celda es un material de perovskita híbrido de cloruro de plomo y metilamina (MAPbCl3), conocido por su banda prohibida de alta energía entre todas las perovskitas. Este material único abre interesantes posibilidades para células solares de perovskita de banda prohibida amplia, tanto en aplicaciones como Internet de las cosas (IoT) y ventanas solares, como en células solares multiunión.

Hasta ahora, las perovskitas de unión única con bandas prohibidas amplias han tenido dificultades para alcanzar altos voltajes. La limitación radica en la rápida cinética de cristalización y la escasa solubilidad de los precursores del material. Esto da como resultado una cobertura incompleta de la película y una morfología irregular de la película.

Para superar esta limitación, el equipo de investigación empleó un método de deposición de dos pasos seguido de recocido bajo gas nitrógeno molecular (N2) dentro de una caja de guantes. Al controlar la atmósfera de recocido, pudieron influir en la cinética de cristalización de MAPbCl3 sin afectar sus propiedades generales. Este proceso mejoró significativamente la cobertura de la superficie y la uniformidad de la película.

La construcción de la célula solar involucró varias capas, incluido un sustrato de óxido de estaño (FTO) dopado con flúor, una capa de transporte de electrones (ETL) basada en dióxido de carbono-titanio (C/TiO2), una capa mesoporosa de TiO2, la Absorbente MAPbCl3, una capa transportadora de orificios (HTL) Spiro-OMeTAD y un contacto metálico de oro (Au).

En condiciones de iluminación estándar, la celda exhibió métricas de rendimiento impresionantes. Logró una eficiencia de conversión de energía del 0,81 %, un voltaje de circuito abierto de 1,71 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 0,73 mA cm-2 y un factor de llenado del 64,7 %.

En particular, la celda demostró un voltaje de circuito abierto extraordinariamente alto de 1,78 V, que es el más alto jamás registrado para una celda solar de perovskita basada en MAPbCl3. Vale la pena mencionar que este voltaje se logró utilizando la capa transportadora de orificios convencional spiro-OMeTAD, optimizada para bandas prohibidas estrechas. Este sorprendente resultado indica que los mismos contactos utilizados para las células solares de perovskita de eficiencia récord mundial con bandas prohibidas estrechas pueden soportar voltajes tan altos.

Los investigadores publicaron sus hallazgos en un artículo reciente titulado "MAPbCl3 Light Absorber for Highest Voltage Perovskite Solar Cells", disponible en ACS Publications.

Este logro innovador allana el camino para futuros avances en las células solares de perovskita de alto voltaje, acercándonos a soluciones energéticas más eficientes y sostenibles. Con potencial para aplicaciones más amplias y rendimiento mejorado, el futuro de las células solares de perovskita parece más brillante que nunca.