27 de diciembre de 2023 (Proyector Nanowerk) Los investigadores han buscado durante mucho tiempo maximizar la eficiencia de perovskita células solares minimizando los costes de producción. Las películas de células solares más delgadas permiten una producción de bajo costo pero limitan la eficiencia. Las películas más gruesas aumentan la eficiencia, pero son propensas a sufrir defectos que perjudican el rendimiento. Sin embargo, los intentos anteriores de películas de perovskita a escala micrométrica sufrieron caídas notables en el factor de llenado y el voltaje. Limitando así su potencial de eficiencia. Lograr un equilibrio óptimo entre espesor y eficiencia ha demostrado ser un desafío duradero.
Las recientes innovaciones en materiales y fabricación han llevado a las células solares de perovskita a la cúspide de la viabilidad comercial. Las eficiencias ahora rivalizan con las celdas de silicio tradicionales y su producción requiere mucha menos energía y costos. Sin embargo, una adopción más amplia depende de mejorar el rendimiento y la estabilidad manteniendo al mismo tiempo técnicas de fabricación económicas.
Nuevo trabajo de un equipo del Forschungszentrum Jülich en Alemania, informado en Materiales energéticos avanzados (“Bicapas transportadoras de orificios para células solares de perovskita de espesor micrométrico eficientes”), reconoce fundamentalmente el papel crítico que desempeñan las capas de transporte en la exacerbación de las pérdidas dependientes del espesor. Incluso con perfecta movilidad/vida útil del amortiguador. Al optimizar una arquitectura de transporte de orificios de doble capa para reducir las pérdidas resistivas y la recombinación, los autores logran una notable retención de la eficiencia en más de 1 micrón de espesor.
a) Comparación del FF y el espesor de la película de perovskita y la banda prohibida correspondientes en los informes representativos y en este trabajo. b) Curvas J-V iluminadas de células solares de perovskita con diferentes espesores basadas en Me-4PACz; los parámetros de rendimiento de la célula se enumeran en la Tabla S1, Información de respaldo. c) Factor de llenado en función de la banda prohibida según la Ecuación (1) considerando diferentes resistencias. (© Wiley-VCH Verlag)
Esta investigación se centra en una ingeniosa arquitectura de células solares que desacopla el espesor de las limitaciones de eficiencia. Al intercalar películas orgánicas especiales alrededor de la capa de perovskita, los autores permiten espesores a escala de micras sin perder el máximo rendimiento. Su diseño logra notablemente una notable eficiencia del 20.2% con un espesor de más de 1 micrón con pérdidas mínimas en comparación con las versiones más delgadas.
Como explica el autor principal, Thomas Kirchartz, "la obtención de películas de células solares más gruesas y altamente eficientes permite cubrir las pequeñas pirámides de obleas de silicio texturizadas necesarias para las células en tándem de alto rendimiento". Los intentos anteriores de crear películas de perovskita más gruesas tendían a sufrir factores de llenado y voltajes degradados a escalas de micrones. Pero las bicapas de transporte de carga únicas de los investigadores frenan estas disminuciones. Demostrando así un camino para integrar perovskitas en tándems basados en silicio de alta eficiencia.
Entonces, ¿por qué el espesor ha impedido la eficiencia? En resumen, las películas más gruesas exacerban pequeñas imperfecciones de fabricación que minan acumulativamente el rendimiento. La densidad de defectos aumenta, las interfaces se vuelven ásperas y los voltajes caen. Desentrañar estos mecanismos entrelazados ha resultado enormemente difícil.
La idea clave del equipo de Kirchartz fue reconocer que las propias capas de transporte imponían límites intrínsecos. La lógica tradicional sostenía que la recolección de carga dependía principalmente de las propiedades del absorbente. Sin embargo, dotar a las capas de transporte de suficiente conductividad y alineamientos óptimos de las bandas relaja por completo las restricciones de espesor. Superando así numerosas vías de pérdida de una sola vez.
Esta revelación llevó a los investigadores a intercalar dos películas orgánicas especiales con ventajas complementarias alrededor del núcleo de perovskita. La película monocapa autoensamblada (SAM) inferior posee una excelente conductividad y capacidades de transporte de orificios. Mientras tanto, la película superior de poli[bis(4-fenil)]amina (PTAA) ofrece una estrecha combinación de red y alineación de bandas con la perovskita. La combinación de variantes SAM compatibles ajustó aún más las propiedades de la interfaz.
Las caracterizaciones meticulosas revelaron que las bicapas de transporte reducen las pérdidas resistivas, facilitan la extracción de carga e impiden la recombinación en relación con películas SAM o PTAA individuales. De este modo, se permiten factores de llenado y voltajes excepcionales que se acercan al 80 % y 1.2 V respectivamente con un espesor de más de 1 micrón. Una retención tan notable de eficiencias máximas podría ayudar a las perovskitas a desbloquear todo su potencial comercial.
Es necesario destacar los impactos más amplios de las células solares de perovskita de película gruesa de alto rendimiento. Las escalas de micrones se alinean bien con las herramientas de fabricación existentes optimizadas para silicio. Facilitando así la integración con las infraestructuras existentes. Mejorar las compatibilidades entre las perovskitas de vanguardia y las tecnologías existentes podría catalizar su adopción generalizada.
Además, las películas gruesas de perovskita se adaptan mejor a las texturas de las pirámides de células de silicio. De esta manera se mejoran las geometrías de las celdas en tándem con el objetivo de lograr eficiencias combinadas del 45 %. Por lo tanto, Kirchartz cree que "un paso intermedio para permitir celdas superiores de perovskita procesadas en solución eficientes en celdas inferiores de Si texturizadas para aplicaciones en tándem es la capacidad de diseñar estructuras de celdas con bandas prohibidas adecuadamente altas combinadas con altas eficiencias con un espesor superior a 1 µm".
Sin embargo, aún queda trabajo por hacer antes de que las perovskitas de película gruesa estén listas para su comercialización. Todavía falta estabilidad a largo plazo, mientras que es necesario mejorar la eficiencia y la coherencia del rendimiento. No obstante, el hito excepcional de eficiencia del 20% a escalas de micrones representa un momento decisivo. Demostrando la viabilidad comercial de esta tecnología fotovoltaica emergente.
Este avance produce de manera eficiente las gruesas películas de perovskita necesarias para cubrir las pirámides de silicio para celdas en tándem de alta eficiencia. Ayudando así a cumplir la promesa de larga data de arquitecturas tándem híbridas escalables y económicas. Además, lograr de manera confiable una eficiencia superior al 20 % a escalas de micras disipa en gran medida las preocupaciones sobre voltajes deficientes y factores de llenado a medida que aumenta el espesor de la película. Superando así una de las compensaciones más persistentes entre eficiencia y rendimiento que limita los esfuerzos de comercialización.
Aprovechando estos avances, una mayor optimización tiene el potencial de mejorar los límites de eficiencia incluso más allá de las expectativas iniciales. La viabilidad de células solares de perovskita de bajo coste y fáciles de fabricar parece cada vez más alcanzable. Adopción generalizada en el horizonte en espera de una ampliación incremental y mejoras de estabilidad. Aunque aún queda trabajo por hacer, demostrar una retención de eficiencia excepcional de más del 20% para perovskitas de micrones de espesor constituye un punto de inflexión histórico.
a) Comparación del FF y el espesor de la película de perovskita y la banda prohibida correspondientes en los informes representativos y en este trabajo. b) Curvas J-V iluminadas de células solares de perovskita con diferentes espesores basadas en Me-4PACz; los parámetros de rendimiento de la célula se enumeran en la Tabla S1, Información de respaldo. c) Factor de llenado en función de la banda prohibida según la Ecuación (1) considerando diferentes resistencias. (© Wiley-VCH Verlag)
Esta investigación se centra en una ingeniosa arquitectura de células solares que desacopla el espesor de las limitaciones de eficiencia. Al intercalar películas orgánicas especiales alrededor de la capa de perovskita, los autores permiten espesores a escala de micras sin perder el máximo rendimiento. Su diseño logra notablemente una notable eficiencia del 20.2% con un espesor de más de 1 micrón con pérdidas mínimas en comparación con las versiones más delgadas.
Como explica el autor principal, Thomas Kirchartz, "la obtención de películas de células solares más gruesas y altamente eficientes permite cubrir las pequeñas pirámides de obleas de silicio texturizadas necesarias para las células en tándem de alto rendimiento". Los intentos anteriores de crear películas de perovskita más gruesas tendían a sufrir factores de llenado y voltajes degradados a escalas de micrones. Pero las bicapas de transporte de carga únicas de los investigadores frenan estas disminuciones. Demostrando así un camino para integrar perovskitas en tándems basados en silicio de alta eficiencia.
Entonces, ¿por qué el espesor ha impedido la eficiencia? En resumen, las películas más gruesas exacerban pequeñas imperfecciones de fabricación que minan acumulativamente el rendimiento. La densidad de defectos aumenta, las interfaces se vuelven ásperas y los voltajes caen. Desentrañar estos mecanismos entrelazados ha resultado enormemente difícil.
La idea clave del equipo de Kirchartz fue reconocer que las propias capas de transporte imponían límites intrínsecos. La lógica tradicional sostenía que la recolección de carga dependía principalmente de las propiedades del absorbente. Sin embargo, dotar a las capas de transporte de suficiente conductividad y alineamientos óptimos de las bandas relaja por completo las restricciones de espesor. Superando así numerosas vías de pérdida de una sola vez.
Esta revelación llevó a los investigadores a intercalar dos películas orgánicas especiales con ventajas complementarias alrededor del núcleo de perovskita. La película monocapa autoensamblada (SAM) inferior posee una excelente conductividad y capacidades de transporte de orificios. Mientras tanto, la película superior de poli[bis(4-fenil)]amina (PTAA) ofrece una estrecha combinación de red y alineación de bandas con la perovskita. La combinación de variantes SAM compatibles ajustó aún más las propiedades de la interfaz.
Las caracterizaciones meticulosas revelaron que las bicapas de transporte reducen las pérdidas resistivas, facilitan la extracción de carga e impiden la recombinación en relación con películas SAM o PTAA individuales. De este modo, se permiten factores de llenado y voltajes excepcionales que se acercan al 80 % y 1.2 V respectivamente con un espesor de más de 1 micrón. Una retención tan notable de eficiencias máximas podría ayudar a las perovskitas a desbloquear todo su potencial comercial.
Es necesario destacar los impactos más amplios de las células solares de perovskita de película gruesa de alto rendimiento. Las escalas de micrones se alinean bien con las herramientas de fabricación existentes optimizadas para silicio. Facilitando así la integración con las infraestructuras existentes. Mejorar las compatibilidades entre las perovskitas de vanguardia y las tecnologías existentes podría catalizar su adopción generalizada.
Además, las películas gruesas de perovskita se adaptan mejor a las texturas de las pirámides de células de silicio. De esta manera se mejoran las geometrías de las celdas en tándem con el objetivo de lograr eficiencias combinadas del 45 %. Por lo tanto, Kirchartz cree que "un paso intermedio para permitir celdas superiores de perovskita procesadas en solución eficientes en celdas inferiores de Si texturizadas para aplicaciones en tándem es la capacidad de diseñar estructuras de celdas con bandas prohibidas adecuadamente altas combinadas con altas eficiencias con un espesor superior a 1 µm".
Sin embargo, aún queda trabajo por hacer antes de que las perovskitas de película gruesa estén listas para su comercialización. Todavía falta estabilidad a largo plazo, mientras que es necesario mejorar la eficiencia y la coherencia del rendimiento. No obstante, el hito excepcional de eficiencia del 20% a escalas de micrones representa un momento decisivo. Demostrando la viabilidad comercial de esta tecnología fotovoltaica emergente.
Este avance produce de manera eficiente las gruesas películas de perovskita necesarias para cubrir las pirámides de silicio para celdas en tándem de alta eficiencia. Ayudando así a cumplir la promesa de larga data de arquitecturas tándem híbridas escalables y económicas. Además, lograr de manera confiable una eficiencia superior al 20 % a escalas de micras disipa en gran medida las preocupaciones sobre voltajes deficientes y factores de llenado a medida que aumenta el espesor de la película. Superando así una de las compensaciones más persistentes entre eficiencia y rendimiento que limita los esfuerzos de comercialización.
Aprovechando estos avances, una mayor optimización tiene el potencial de mejorar los límites de eficiencia incluso más allá de las expectativas iniciales. La viabilidad de células solares de perovskita de bajo coste y fáciles de fabricar parece cada vez más alcanzable. Adopción generalizada en el horizonte en espera de una ampliación incremental y mejoras de estabilidad. Aunque aún queda trabajo por hacer, demostrar una retención de eficiencia excepcional de más del 20% para perovskitas de micrones de espesor constituye un punto de inflexión histórico.
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry:
Nano-sociedad: empujando los límites de la tecnología,
Nanotecnología: el futuro es pequeñoy
Nanoingeniería: las habilidades y herramientas que hacen que la tecnología sea invisible
Copyright ©
Nanowerk LLC
¡Conviértete en autor invitado de Spotlight! Únase a nuestro gran y creciente grupo de contribuyentes invitados. ¿Acaba de publicar un artículo científico o tiene otros desarrollos interesantes para compartir con la comunidad de nanotecnología? Aquí se explica cómo publicar en nanowerk.com.
- Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
- PlatoData.Network Vertical Generativo Ai. Empodérate. Accede Aquí.
- PlatoAiStream. Inteligencia Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
- PlatoESG. Carbón, tecnología limpia, Energía, Ambiente, Solar, Gestión de residuos. Accede Aquí.
- PlatoSalud. Inteligencia en Biotecnología y Ensayos Clínicos. Accede Aquí.
- Fuente: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64319.php
