Un grupo de investigación que incluye científicos del fabricante chino de módulos Longi ha desarrollado una célula de heterounión monocristalina no dopada que utiliza el prometedor compuesto MXene para la capa de transporte de huecos. El dispositivo experimental logró una eficiencia del 12,2 % y pudo conservar alrededor del 86 % de su eficiencia inicial después de 105 días de exposición en el ambiente.

Un grupo de científicos dirigido por la Universidad Lanzhou de China y el fabricante chino de módulos solares Longi ha diseñado un silicio de heterounión no dopado célula solar basado en una capa de transporte de orificios que se basa en un carburo de titanio bidimensional funcionalizado conocido como Ti3C2Tx o MXene. MXeno Los compuestos toman su nombre de su morfología similar al grafeno y se obtienen mediante grabado selectivo de ciertas capas atómicas de un cristal masivo conocido como MAX. Recientemente, los materiales MXene se han mostrado prometedores para su uso en tecnología fotovoltaica debido a sus propiedades optoelectrónicas únicas, como su gran movilidad de portadores de carga, excelente conductividad metálica y alta transmitancia óptica.

Además, estos compuestos tienen una función de trabajo (WF) más sintonizable que los óxidos metálicos y los materiales de carbono que se usan comúnmente para minimizar la absorción parásita de la luz de longitud de onda corta en células de heterounión. "MXene tiene un WF más fácil de ajustar debido a sus abundantes grupos terminales superficiales y es más estable que PEDOT: materiales orgánicos relacionados con PSS", dijo a pv magazine el autor correspondiente de la investigación, Junshuai Li.

Los investigadores definieron la célula solar como un dispositivo de "heterounión trasera", ya que se fabricó arrojando Ti3C2Tx sobre la superficie.
Parte posterior de una oblea de silicio monocristalino tipo n con un espesor de 200 μm. Luego trataron el compuesto con cloruro de cobre. (CuCl2).

"La solución de etanol CuCl2 (10 mg ml 1) de 60 μl se recubrió por rotación sobre la película MXene y luego se recoció a 60 C durante 10 minutos", explicaron los científicos. "Debido al efecto dipolo de la superficie, la estructura electrónica de MXene se puede regular enriqueciendo las terminaciones superficiales específicas, lo que da como resultado el cambio del nivel de Fermi y la redistribución de electrones, lo que en consecuencia conduce al cambio de WF".

La celda experimental se construyó con un electrodo de plata (Ag), una capa de transporte de electrones (ETL) de óxido de zinc (ZnO), un absorbente de silicio, la capa de transporte de agujeros Mxene (HTL) y otro contacto de Ag. “El electrodo de Ag con una WF de 4,26 eV es compatible con la capa de ZnO para una recolección eficiente de electrones. Además, la capa de ZnO desempeña un papel antirreflectante”, precisaron los científicos. “Al entrar en contacto con el
En la capa MXene, los electrones en n-Si fluyen hacia MXene debido a la diferencia en los niveles de Fermi entre ellos”.

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo mostró una eficiencia de conversión de energía del 12,2 %, un voltaje de circuito abierto de 0,615 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 30,75 mA/cm2 y un factor de llenado del 64,57 %. "Hay un amplio margen de mejora", afirmó Li, refiriéndose a estas cifras. "Mejorar el contacto interfacial entre n-Si y MXene es una parte fundamental para la exploración".

También se descubrió que la celda retiene alrededor del 86% de su eficiencia inicial después de una exposición de 105 días en el ambiente.

El nuevo concepto de célula se presentó en el estudio “Construcción de células solares de silicio cristalino con heterounión posterior utilizando MXene ajustado al nivel de Fermi por CuCl2”, publicado en el Journal of Power Sources. "Nuestro trabajo representa un valioso intento de desarrollar nuevas células solares que puedan tener una alta relación rendimiento-coste", concluyó Li.