es.wedoany.com Noticia: Un equipo de investigación iraní ha analizado sistemáticamente el impacto de las texturas de interfaz aleatorias en el rendimiento de las células solares de perovskita de metilamonio y yoduro de plomo (MAPbI₃), utilizando un marco de simulación optoelectrónica acoplada de elementos finitos bidimensionales. Descubrieron que la morfología de textura cuasi-sinusoidal logra el mejor equilibrio optoelectrónico, mejorando la eficiencia de conversión de potencia en más del 20% en comparación con los dispositivos de referencia planos.
Este estudio explora cómo la introducción de texturas nanoestructuradas en todas las capas del dispositivo afecta su comportamiento. El modelo captura la interacción entre los efectos ópticos (como la mejora de la captura y absorción de luz) y los procesos electrónicos (incluyendo el transporte y la recombinación de carga), revelando vías potenciales para optimizar la eficiencia general del dispositivo mediante texturas multicapa.
Maryam Zoghi, autora correspondiente de la Universidad Tarbiat Modares, declaró a pv magazine: "Muchos estudios utilizan texturas aleatorias o periódicas, pero nosotros comparamos sistemáticamente tres morfologías aleatorias diferentes y descubrimos que el rendimiento del dispositivo no está determinado simplemente por la rugosidad o el aumento del área superficial. La clave reside en el equilibrio entre la mejora de la absorción beneficiosa en la capa de perovskita y las pérdidas de transporte causadas por la tortuosidad dependiente de la morfología". Añadió que el equipo está explorando rutas de fabricación escalables para producir de manera reproducible las morfologías identificadas en este trabajo, y planea estudiar la estabilidad a largo plazo de estas interfaces texturizadas.
El estudio de simulación involucró tres morfologías de interfaz aleatorias representativas: piramidal, abollada y cuasi-sinusoidal. La morfología piramidal presenta la menor rugosidad, relación de área de interfaz y profundidad característica; la morfología abollada ofrece una mayor área de interfaz y características más profundas, pero también la mayor tortuosidad de transporte; la morfología cuasi-sinusoidal combina la mayor área de interfaz y las características más profundas con una tortuosidad moderada, logrando así el mejor rendimiento fotovoltaico general.
Tomando como referencia las células solares de perovskita planas, todas las células utilizan los mismos materiales y espesores de capa. La estructura del dispositivo simulado es ITO/TiO₂/MAPbI₃/CuSCN/Au, que incluye específicamente un electrodo frontal de óxido de indio y estaño (ITO) de 50 nm, una capa de transporte de electrones de dióxido de titanio (TiO₂) de 90 nm, una capa absorbente de perovskita MAPbI₃ de 200 nm, una capa de transporte de huecos de CuSCN de 80 nm y un electrodo posterior de oro (Au) de 100 nm.
Zoghi señaló: "El resultado más sorprendente fue que la textura cuasi-sinusoidal, que no es la morfología más aguda ni la más irregular, superó consistentemente a las estructuras piramidal y abollada. Inicialmente esperábamos que las texturas más agresivas (como la abollada) generaran la mayor fotocorriente debido a una dispersión de luz más fuerte". Los datos específicos muestran que la morfología cuasi-sinusoidal proporciona el equilibrio optoelectrónico más favorable, logrando una densidad de corriente de cortocircuito de 25.1 mA cm⁻² y una eficiencia de conversión de potencia del 21.38% para dispositivos con una capa absorbente de 200 nm, con un aumento del 15% en Jsc en comparación con la referencia plana.
"Aunque la estructura abollada ofreció algunas ventajas ópticas, sufrió mayores pérdidas eléctricas, posiblemente debido al aumento de la tortuosidad y la resistencia en serie. En contraste, la forma cuasi-sinusoidal más suave logró un mejor equilibrio optoelectrónico, con un aumento del 15% en la densidad de corriente de cortocircuito y más del 20% en la eficiencia de conversión de potencia. Esto indica que 'más textura' no siempre es mejor", añadió Zoghi.
Los resultados de esta investigación se publicaron en la revista Results in Physics bajo el título "Random textured interfaces for efficiency enhancement of perovskite solar cells", con la participación de científicos de la Universidad Tarbiat Modares y la Universidad de Teherán en Irán.
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