Las células solares híbridas de perovskita de alta entropía alcanzan una eficiencia del 25,7%

Investigadores de la Universidad de Zhejiang en China han desarrollado una perovskita invertida célula solar basado en un material de perovskita híbrida de alta entropía (HEHP). Según se informa, este novedoso enfoque mejora la estabilidad del dispositivo y muestra una eficiencia excepcional.

"Nuestro trabajo destaca el potencial de una estructura de perovskita híbrida de alta entropía (HEHP) para mejorar la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita", afirmó Jingjing Xue, autor correspondiente del estudio. "Esta estructura presenta componentes orgánicos altamente desordenados que proporcionan ganancia de entropía y exhiben una mejor estabilidad térmica y robustez estructural en comparación con sus contrapartes ordenadas de un solo componente. La riqueza química de los componentes orgánicos ofrece más posibilidades para ajustar las propiedades de las perovskitas y materiales relacionados".

Estabilidad y eficiencia mejoradas

El equipo de investigación demostró que el nuevo material posee una estructura de perovskita multicomponente monofásica, que ofrece una mayor estabilidad de fase a altas temperaturas que las perovskitas convencionales. La espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) confirmó la coexistencia de diferentes cationes orgánicos en el material propuesto.

"El monocristal HEHP mostró picos característicos de todos los cationes orgánicos que coincidían bien con los de una mezcla equimolar de los cinco cationes orgánicos", explicaron los científicos. "Este monocristal se puede describir mejor como una estructura híbrida compuesta de estructuras inorgánicas ordenadas y capas intermedias orgánicas desordenadas".

Construcción de dispositivo mejorada

Utilizando HEHP, los investigadores crearon una película de perovskita con excelente resistencia al agua y la humedad. Luego, esta película se utilizó para construir una célula solar de perovskita con una arquitectura convencional, que incluía un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de electrones (ETL) de óxido de estaño (SnO2), el absorbente de perovskita, un espiro-OMeTAD- capa de transporte de orificios a base de cobre y un contacto de plata metálica (Ag). El rendimiento de este dispositivo se comparó con un dispositivo de referencia con una capa de perovskita similar pero sin HEHP.

Métricas de rendimiento superiores

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo basado en HEHP logró:

• Eficiencia: 25,7%
• Tensión de circuito abierto: 1,17 V
• Densidad de corriente de cortocircuito: 25,8 mA/cm²
• Factor de relleno: 85,2%

En comparación, el dispositivo de referencia logró:

• Eficiencia: 23,2%
• Tensión de circuito abierto: 1,13 V
• Densidad de corriente de cortocircuito: 25,1 mA/cm²
• Factor de relleno: 81,7%

La célula basada en HEHP conservó más del 98% de su original eficiencia incluso después de 1.000 horas.

"Atribuimos la mejora en el voltaje de circuito abierto y el factor de llenado a la reducción de la recombinación no radiativa y a la mejora de la interfaz después de incorporar HEHP", explicaron los científicos. "La superioridad de HEHP sobre los componentes individuales en la reducción de la interferencia electrónica podría atribuirse a la coexistencia de múltiples tipos de cationes del sitio A que pueden interactuar sinérgicamente con varios defectos".

Amplia aplicabilidad

El equipo confía en que el nuevo material de perovskita se pueda utilizar en diversas composiciones de perovskita y arquitecturas celulares. "Puede servir como una estrategia universal y tolerante a defectos para mejorar el rendimiento de las células solares de perovskita en diferentes escenarios, lo cual es fundamental para mejorar el rendimiento de la producción de dispositivos de perovskita en la futura producción industrial en masa", concluyó el equipo.

Los detalles de este nuevo concepto de célula se presentan en el estudio "Perovskitas híbridas de alta entropía con restos orgánicos desordenados para células solares de perovskita", publicado en Nature Photonics.