Una capa de aerosol podría allanar el camino para células solares más baratas

Una capa de aerosol podría allanar el camino para células solares más baratas

Los investigadores dicen que han resuelto un gran desafío de fabricación para las células de perovskita: los intrigantes potenciales desafiantes de las células solares basadas en silicio.

Estas estructuras cristalinas son muy prometedoras porque pueden absorber casi todas las longitudes de onda de la luz. Las células solares de Perovskita ya se comercializan a pequeña escala, pero recientes mejoras en su eficiencia de conversión de energía (PCE) están impulsando el interés en usarlas como alternativas de bajo costo para paneles solares.

En el papel en Nanoescale, el equipo de investigación revela un nuevo medio escalable de aplicar un componente crítico a las células de perovskita para resolver algunos de los principales desafíos de fabricación. Los investigadores aplicaron la capa crítica de transporte de electrones (ETL) en las células fotovoltaicas de perovskita de una nueva manera, el recubrimiento por pulverización, para imbuir al ETL de una conductividad superior y una interfaz sólida con su vecina, la capa de perovskita.

La mayoría de las células solares son "sándwiches" de materiales estratificados de manera que cuando la luz incide en la superficie de la célula, excita electrones en un material cargado negativamente y establece una corriente eléctrica moviendo los electrones hacia una red de "agujeros" cargados positivamente. células solares perovskita con una orientación planar simple llamada pin (o mordisco cuando se invierte), la perovskita constituye la capa intrínseca de captura de luz (la "i" en pin) entre el ETL cargado negativamente y una capa de transporte de orificio con carga positiva (HTL).

Cuando las capas con carga positiva y negativa se separan, la arquitectura se comporta como un juego subatómico de Pachinko en el cual los fotones de una fuente de luz desalojan electrones inestables del ETL, causando que caigan hacia el lado HTL positivo del sándwich. La capa de perovskita acelera este flujo.

Mientras que la perovskita constituye una capa intrínseca ideal debido a su gran afinidad tanto por agujeros como por electrones y su rápido tiempo de reacción, la fabricación a escala comercial resulta desafiante en parte porque es difícil aplicar efectivamente una capa de ETL uniforme sobre la superficie cristalina de la perovskita.

Los investigadores eligieron el éster metílico del ácido [6,6] -fenil-C (61) -butírico compuesto (PCBM) debido a su historial como material de ETL y porque la PCBM aplicada en una capa rugosa ofrece la posibilidad de una conductividad mejorada, menos penetrable. contacto de interfaz y captura de luz mejorada.

"Se ha realizado muy poca investigación sobre las opciones de ETL para el diseño de pin plano", dice André D. Taylor, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería de Tandon en la Universidad de Nueva York. "El desafío clave en las células planas es, ¿cómo se ensamblan realmente de una manera que no destruya las capas adyacentes?"

El método más común es el spin casting, que consiste en hacer girar la celda y permitir que la fuerza centrípeta disperse el fluido ETL sobre el sustrato de perovskita. Pero esta técnica se limita a superficies pequeñas y da como resultado una capa inconsistente que reduce el rendimiento de la célula solar. La colada por centrifugado también es inimitable para la producción comercial de grandes paneles solares mediante métodos tales como la fabricación de rollo a rollo, para los cuales la arquitectura de perovskita plana y de clavijas flexibles es, por lo demás, muy adecuada.

En cambio, los investigadores recurrieron al recubrimiento por pulverización, que aplica el ETL uniformemente en un área grande y es adecuado para la fabricación de paneles solares grandes. Reportaron una ganancia de eficiencia porcentual 30 sobre otros ETL, desde un PCE de 13 por ciento hasta más del 17 por ciento, y menos defectos.

"Nuestro enfoque es conciso, altamente reproducible y escalable. Sugiere que el recubrimiento por pulverización de la PCBM ETL podría tener un gran atractivo para mejorar la base de eficiencia de las células solares de perovskita y proporcionar una plataforma ideal para las células solares de perovskita de pines récord en un futuro próximo ", agrega Taylor.

Otros coautores son de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China, la Universidad de Pekín, la Universidad de Yale y la Universidad Johns Hopkins.

La Fundación de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (NSFC), la Fundación para los Grupos de Investigación de Innovación de la NSFC, el Consejo de Becas de China y la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos proporcionaron fondos para el estudio.

Fuente: New York University

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