Un enfoque general de las células solares de perovskita de alta eficiencia

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Investigadores del Instituto de Física Aplicada (IAP) y el Centro de Electrónica Avanzada de Dresde (cfaed) en TU Dresden desarrollaron una metodología general para la fabricación reproducible de células solares de perovskita de alta eficiencia. Su estudio ha sido publicado en la reconocida revista Nature Communications. CRÉDITO
Christiane Kunath

Abstracto:
Las perovskitas, una clase de materiales del que se informó por primera vez a principios del siglo XIX, fueron "redescubiertas" en 19 como un posible candidato para la generación de energía a través de su uso en células solares. Desde entonces, han conquistado a la comunidad de investigación fotovoltaica (PV), alcanzando nuevas eficiencias récord a un ritmo sin precedentes. Esta mejora ha sido tan rápida que para 2009, poco más de una década de investigación después, ya están logrando un rendimiento similar a los dispositivos de silicio convencionales. Lo que hace que las perovskitas sean especialmente prometedoras es la forma en que se pueden crear. Cuando los dispositivos a base de silicio son pesados y requieren altas temperaturas para su fabricación, los dispositivos de perovskita pueden ser livianos y formados con una inversión mínima de energía. Es esta combinación, alto rendimiento y fácil fabricación, lo que ha entusiasmado a la comunidad de investigadores.

Un enfoque general de las células solares de perovskita de alta eficiencia

Dresde, Alemania | Publicado el 1 de abril de 2021

A medida que el rendimiento de la energía fotovoltaica de perovskita se disparó, quedaron atrás algunos de los desarrollos de apoyo necesarios para hacer una tecnología comercialmente viable. Un problema que sigue afectando el desarrollo de la perovskita es la reproducibilidad del dispositivo. Si bien algunos dispositivos fotovoltaicos se pueden fabricar con el nivel de rendimiento deseado, otros fabricados exactamente de la misma manera a menudo tienen eficiencias significativamente menores, lo que desconcierta y frustra a la comunidad de investigadores.

Recientemente, investigadores del Grupo de Tecnologías Electrónicas Emergentes del Prof. Yana Vaynzof han identificado que los procesos fundamentales que ocurren durante la formación de la película de perovskita influyen fuertemente en la reproducibilidad de los dispositivos fotovoltaicos. Cuando se deposita la capa de perovskita de la solución, se vierte un antidisolvente sobre la solución de perovskita para desencadenar su cristalización. “Descubrimos que la duración durante la cual la perovskita estuvo expuesta al antidisolvente tuvo un impacto dramático en el rendimiento final del dispositivo, una variable que, hasta ahora, había pasado desapercibida en el campo”. dice el Dr. Alexander Taylor, investigador asociado postdoctoral en el grupo Vaynzof y el primer autor del estudio. “Esto está relacionado con el hecho de que ciertos antidisolventes pueden disolver al menos parcialmente los precursores de la capa de perovskita, alterando así su composición final. Además, la miscibilidad de los antidisolventes con los solventes en solución de perovskita influye en su eficacia para desencadenar la cristalización ”.

Estos resultados revelan que, a medida que los investigadores fabrican sus dispositivos fotovoltaicos, las diferencias en este paso antidisolvente podrían causar la irreproducibilidad observada en el rendimiento. Yendo más allá, los autores probaron una amplia gama de posibles antidisolventes y demostraron que al controlar estos fenómenos, podían obtener un rendimiento de vanguardia de casi todos los candidatos evaluados. “Al identificar las características antidisolventes clave que influyen en la calidad de las capas activas de perovskita, también podemos predecir el procesamiento óptimo de nuevos antisolventes, eliminando así la necesidad de la tediosa optimización de prueba y error tan común en el campo”. añade el Dr. Fabian Paulus, líder del Grupo de Transporte de Materiales Híbridos de cfaed y colaborador del estudio.

“Otro aspecto importante de nuestro estudio es el hecho de que demostramos cómo una aplicación óptima de un antidisolvente puede ampliar significativamente la ventana de procesabilidad de los dispositivos fotovoltaicos de perovskita”, señala el Prof. Vaynzof, quien dirigió el trabajo. "Nuestros resultados ofrecen a la comunidad de investigación de perovskita información valiosa necesaria para el avance de esta tecnología prometedora en un producto comercial".

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