Los investigadores han desarrollado un nuevo célula solar en tándem de silicio cristalino-perovskita que utiliza una celda de perovskita de capa superior con un ancho de banda prohibida de 1,67 eV y una nueva monocapa autoensamblada (SAM) a base de carbazol. En comparación con las estructuras de celdas sin monocapas autoensambladas, las celdas en tándem logran una mayor eficiencia y pasan la prueba de ciclo térmico estándar IEC 61215.

Investigadores de la Universidad de Sydney, la Universidad de Nueva Gales del Sur, la Universidad Macquarie en Australia, la Universidad Forschungszentrum jlich en Alemania, la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur en China y la Universidad de Ljubljana en Eslovenia han desarrollado un diseño de célula solar de perovskita-silicio. utilizando una celda de perovskita de capa superior con una banda prohibida de 1,67 eV y una monocapa autoensamblada a base de carbazol. La celda superior tiene una banda prohibida de energía de 1,67 eV, que es una de las bandas prohibidas más altas alcanzadas por este tipo de celda hasta la fecha.

Como celda superior de la celda solar en tándem, debe tener una banda prohibida de alta energía para igualar la corriente de salida. Sin embargo, debido a la recombinación no radiativa y la dislocación de energía entre la perovskita y las capas selectivas de carga, estas celdas superiores tienen un cambio de voltaje de banda prohibida más alto. Para resolver este problema, los investigadores utilizaron una monocapa autoensamblada (SAM) a base de carbazol como una capa selectiva de huecos (HSL) eficaz. SAM se ha utilizado en experimentos con células solares en el pasado, a menudo agregando pegamento molecular durante el procesamiento para mejorar significativamente la adhesión entre la capa de peróxido que absorbe la luz y la capa de transporte de electrones.

"Los SAM normalmente constan de un grupo de anclaje, un grupo espaciador y un grupo final", explicaron los investigadores, y agregaron que su monocapa también se basa en ácido fosfónico (Ph-2PACz) y dos anillos de benceno para crear un sistema conjugado extendido. "Los SAM-HSL basados en carbazol aparecen porque tienen una estabilidad confiable, niveles de energía consistentes con las perovskitas y son 'multielectrones' a favor de los agujeros.

Diagrama esquemático de una célula solar en tándem de silicio-perovskita

La celda de perovskita superior está hecha de un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), SAM, una capa absorbente de perovskita, una capa de transporte de electrones de buckminster fullereno (C60), una capa amortiguadora de ftalocianina (BCP) y contactos metálicos de cobre (Cu). La eficiencia de conversión de energía es del 21,3 %, el voltaje de circuito abierto es de 1,26 V, la densidad de cortocircuito es de 20,5 mA/cm2 y el factor de llenado es del 82,6 %.

"El cambio de voltaje de banda prohibida de 0,41 V fue uno de los más bajos de todas las células de perovskita de 1,67 eV registradas". Dijo el equipo.

La presencia de la celda superior hace que la eficiencia de conversión de energía de la celda solar en tándem de perovskita-silicio cristalino con un área de 1,03 cm2 alcance el 28,9% y el voltaje de circuito abierto alcance los 1,91 V.

El equipo de investigación señaló además: "Las celdas en tándem basadas en Ph-2PACz mostraron una mayor durabilidad al calor húmedo, con una pérdida de rendimiento insignificante después de 280 horas de calor húmedo". En particular, la celda en tándem encapsulada a base de Ph-2PACz aún conserva una eficiencia inicial de 98,8 % después de 200 ciclos térmicos, superando el estándar de módulos fotovoltaicos IEC 61215.