Un nuevo modulador aumenta la eficiencia de las células solares de perovskita

El equipo de investigación de NUST MISIS ha presentado una estructura mejorada de las células solares de perovskita. Los científicos han modificado las células solares basadas en la perovskita utilizando MXenes -finos carburos de titanio bidimensionales con alta conductividad eléctrica-. Las células modificadas a base de MXenes mostraron un rendimiento superior, con una eficiencia de conversión de potencia superior al 19% (la referencia demostró un 17%) y una salida de potencia estabilizada mejorada con respecto a los dispositivos de referencia. Los resultados se han publicado en la revista Nano Energy.

Las células solares de perovskita son una prometedora tecnología energética alternativa en todo el mundo. Pueden imprimirse en impresoras especiales de chorro de tinta o de ranura con una cantidad mínima de procesos de vacío. Esto reduce el coste del dispositivo en comparación con la tecnología tradicional de células solares de silicio.

Sus otras ventajas son la flexibilidad (la célula solar puede fabricarse en sustratos de PET, un material habitual en las botellas de plástico) y la compacidad. Las células solares de perovskita pueden montarse en las paredes de los edificios y en las superficies curvas de los techos panorámicos de los automóviles, recibiendo un suministro de energía independiente.

El módulo de perovskita tiene una estructura de sándwich: hay un proceso de recogida de electrones entre las capas. Como resultado, la energía de la luz solar se convierte en energía eléctrica. Las capas son muy finas, de 10 a 50 nanómetros, y el propio “sándwich” es más fino que un cabello humano. La captación de los portadores de carga en las células solares debe ir acompañada de unas pérdidas mínimas durante el transporte de electrones. La reducción de estas pérdidas en el dispositivo aumentará la potencia de la célula solar.

Un grupo científico de físicos de NUST MISIS y de la Universidad de Tor Vergata (Roma, Italia) ha demostrado experimentalmente que la adición de una pequeña cantidad de MXenos a base de carburo de titanio a las capas de perovskita que absorben la luz mejora el proceso de transporte electrónico y optimiza el rendimiento de la célula solar. El nombre de MXenos procede del proceso de síntesis. El material se fabrica mediante el grabado y la exfoliación de carburos metálicos atómicamente finos y previamente recubiertos de aluminio (carburos y nitruros hexagonales en capas MAX).

“En este trabajo, demostramos la utilidad del dopaje de MXenos tanto para la capa fotoactiva (perovskita) como para la capa de transporte de electrones (fullerenos) en la estructura de las células solares basadas en óxido de níquel”, afirma la coautora del trabajo, una investigadora del Laboratorio de Energía Solar Avanzada de la NUST MISIS, la estudiante de postgrado Anastasia Yakusheva. “Por un lado, la adición de MXenos ayuda a alinear los niveles de energía en la interfaz perovskita/fullereno y, por otro, ayuda a controlar la concentración de defectos en el dispositivo de película fina y mejora la captación de fotocorriente”.

Las células solares desarrolladas con el nuevo enfoque han mostrado unas características mejoradas con una eficiencia de conversión de energía superior al 19%. Esto supone un 2% más en comparación con los dispositivos de referencia.

El enfoque propuesto por los desarrolladores puede escalarse fácilmente al formato de módulos y paneles de gran superficie. El dopaje con MXenos no cambia la secuencia de fabricación y se integra sólo en la fase inicial de preparación de la tinta sin que se modifique la arquitectura del dispositivo.

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