El HTL sin dopantes permite una eficiencia del 25,9 % en células solares de perovskita 2D/3D

Un equipo global liderado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha logrado un avance histórico en el desarrollo de células solares de perovskita 2D/3D, logrando una eficiencia récord y estabilidad a largo plazo. Publicado enCiencia, el estudio titulado “Formación espontánea de fases robustas de perovskita bidimensional” introduce una nueva capa de transporte de huecos (HTL) libre de dopantes que mejora la confiabilidad de la estructura del dispositivo n-i-p.

Una capa intermedia 2D duradera para la estabilidad de la perovskita

Tradicionalmente, las perovskitas 2D sirven como capas de barrera para proteger a sus contrapartes 3D, pero su fragilidad suele comprometer la durabilidad general de la célula. El autor principal, Shaun Tan, explica que el equipo utilizó un método de solventes mixtos para desarrollar una intercapa 2D estructuralmente robusta. Esta técnica de procesamiento en solución permitió la formación de perovskitas 2D altamente cristalinas y puras, cruciales para el rendimiento a largo plazo en estructuras de perovskitas híbridas.

Eliminación de los desencadenantes de la degradación

Los investigadores eliminaron los problemas comunes de degradación al evitar dopantes inestables en el HTL. En lugar de aditivos tradicionales como tBP y LiTFSI, utilizaron espiro-OMeTAD sin dopar. Este HTL sin dopantes mejora la estabilidad térmica y preserva la eficiencia del dispositivo. La pila del dispositivo incluye:

• Óxido de estaño dopado con flúor (FTO)

• SnO₂ depositado en baño químico (CBD-SnO₂)

• Perovskita 3D FAPbI₃ mejorada con MACl, MAPbBr₃ y exceso de PbI₂

• Una capa intermedia de perovskita 2D pura

• Spiro-MeOTAD

• Electrodo superior de oro (Au)

Esta célula solar de próxima generación demostró una eficiencia de conversión de energía (PCE) del 25,9%, rivalizando con los diseños p-i-n invertidos de mayor rendimiento.

Las pruebas a largo plazo validan la estabilidad

Más allá del rendimiento bruto, los dispositivos resistieron 1074 horas de iluminación continua en condiciones de 1 sol AM 1.5G con exposición a rayos UV en un entorno de nitrógeno, conservando el 91 % de su eficiencia inicial. Este es un hito crucial para la fotovoltaica de perovskita estable, especialmente para aplicaciones comerciales que exigen longevidad.

Aplicaciones reales en el horizonte

Tan enfatizó las implicaciones más amplias del estudio: «Las posibilidades combinatorias para composiciones 2D y mezclas de solventes son casi infinitas. Este método podría abrir nuevas fronteras en la eficiencia y estabilidad de las células solares de perovskita».

Un esfuerzo colaborativo global

Esta investigación refleja la colaboración global entre el MIT, la Universidad Sungkyunkwan (Corea del Sur), la Universidad de Mármara (Turquía), el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos.