CSEM y EPFL revelan los detalles técnicos de una célula solar de perovskita-silicio en tándem con una eficiencia del 31,25 %

Fuente: https://www.pv-magazine.com

Un año después de lograr lo que en ese momento era un récord mundial de eficiencia para una celda solar de perovskita-silicio en tándem, los científicos de EPFL y CSEM publicaron un artículo que mostraba las características técnicas del dispositivo y cómo ese resultado fue posible. La clave fue regular el proceso de cristalización de perovskita usando un aditivo en la secuencia de procesamiento.

Imagen: D. Türkay, (EPFL)

El Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM) y la École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) anunciaron en junio de 2022 que lograron una eficiencia de conversión de energía del 31,25% para una celda solar de perovskita-silicio en tándem de 1 cm ² , que dijeron representaba, en ese momento, un récord mundial para un dispositivo fotovoltaico de este tipo.

Sin embargo, las dos instituciones científicas no dieron a conocer muchos detalles sobre la tecnología celular y cómo se hizo posible el nuevo récord. Ahora, más de un año después, presentaron la celda y los procesos de fabricación relacionados en el artículo » Pasivación de interfaz para celdas solares en tándem de perovskita/silicio con una eficiencia del 31,25 % «, que se publicó la semana pasada en Science .

“Nuestro equipo adoptó un enfoque pionero al diseñar una celda solar en tándem con una capa de perovskita recubierta de forma conformada sobre una celda inferior de silicio”, dijo a pv magazine el autor principal de la investigación, Xin-Yu Chin . “La celda inferior de silicio presentaba pirámides micrométricas, una modificación estándar de la industria que mejora su generación de fotocorriente. ”

Uno de los desafíos clave en las celdas en tándem de perovskita/silicio son las pérdidas de recombinación que ocurren en la superficie superior de la perovskita que interactúa con el contacto selectivo de electrones. La recombinación es un proceso en el que los portadores de carga fotogenerados (electrones y huecos) se recombinan antes de que puedan recolectarse y utilizarse para producir electricidad, lo que conduce a pérdidas de eficiencia. «Para abordar este problema, incorporamos un aditivo en la secuencia de procesamiento, que resultó fundamental para regular el proceso de cristalización de la perovskita», explicó Chin. “Este paso pasivado de manera eficiente la interfaz, mitigando de manera efectiva las pérdidas de recombinación que obstaculizan el rendimiento general de la celda”.

Los científicos utilizaron un ácido fosfónico conocido como ácido 2,3,4,5,6-pentafluorobencilfosfónico (FBPAc) para pasivar el absorbente de perovskita y otro ácido fosfónico llamado carbazol sustituido con metilo (Me-4PACz) para obtener defectos interfaciales pasivados en el capa de transporte de huecos (HTL).

La celda se basa en un sustrato hecho de vidrio y óxido de indio y estaño (ITO), un Me-4PACz HTL, un absorbedor hecho con la perovskita FABr:FAI con una energía de banda prohibida de 1,70 eV, una capa de transporte de electrones de buckminsterfullereno (C60), una capa amortiguadora de batocuproína (BCP) y un electrodo superior a base de cobre (Cu).

Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo mostró una eficiencia del 31,25 %, un voltaje de circuito abierto de 1,91 V, una corriente de cortocircuito de 20,47 mA/cm2 y un factor de llenado del 79,8 %, todos certificados por EE. UU. Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía .

“El uso de Me-4PACz reduce las pérdidas de voltaje en la interfaz perovskita/HTL, mientras que la inclusión de FBPAc en la secuencia de deposición de perovskita reduce las pérdidas de voltaje en la interfaz perovskita/C 60 ETL y conduce a microestructuras de perovskita más favorables con dominios más grandes, ” enfatizaron los investigadores, y agregaron que el resultado también indica que la tecnología está preparada para avanzar a la siguiente etapa de su desarrollo, lo que requiere un enfoque central en los aspectos de estabilidad y escalabilidad.

“Es probable que la tecnología aún requiera de 5 a 10 años para ingresar al mercado. Las soluciones industriales existentes ya son aplicables a todos los materiales de película delgada utilizados en la celda solar en tándem, como lo demuestran los resultados recientes de Oxford PV”, agregó Chin. “La principal preocupación que debe abordar la comunidad científica es la estabilidad del material de perovskita. ¿Pueden estos materiales volverse lo suficientemente estables para resistir más de 20 años en aplicaciones prácticas? Esta es la pregunta fundamental que determinará el éxito comercial y el impacto de esta tecnología”.