es.wedoany.com Noticia: Un equipo internacional de investigación ha desarrollado un nuevo proceso de cristalización a temperatura ambiente denominado colado en frío selectivo de yodoplumbato (SICC, por sus siglas en inglés) para preparar células solares y módulos de perovskita con estructura de heterounión 2D/3D, que según afirman mejora la estabilidad y eficiencia de los dispositivos.
Las células de perovskita 2D tradicionales son más estables que los dispositivos 3D debido a la protección de los ligandos orgánicos, pero presentan una mayor energía de enlace de excitones. Aditya D. Mohite, autor de correspondencia de la Universidad Rice, declaró a pv magazine: "Hemos desarrollado un nuevo método de cristalización a temperatura ambiente, denominado colado en frío selectivo de yodoplumbato (SICC), que permite obtener fases de perovskita cinéticamente estables que no se pueden lograr mediante procesamiento termodinámico convencional." Esta estrategia produce capas 2D uniformes que mejoran el transporte de carga fuera del plano en dispositivos de doble capa 3D:2D, logrando eficiencias superiores al 25% en células de área pequeña y más del 22% en módulos fotovoltaicos de gran área.
El estudio se publicó en Nature Synthesis con el título "Colado en frío selectivo de yodoplumbato para obtener perovskitas cinéticamente estables que permiten módulos fotovoltaicos de alta eficiencia". Los investigadores señalan que el SICC controla la química precursora mediante el diseño de disolventes, logrando estructuras cristalinas de perovskita de baja dimensionalidad inusuales, incluida la fase ondulada MA₂PbI₄, difícil de obtener en sistemas basados en metilamonio. "El proceso SICC forma selectivamente especies de yodoplumbato simplificadas, permitiendo una cristalización rápida y con alta pureza de fase sin necesidad de recocido térmico", añadió Mohite. Al mezclar disolventes con diferentes números donantes, como acetonitrilo y N-metil-2-pirrolidona (NMP), el equipo promovió selectivamente la formación de especies de yodoplumbato.
A diferencia de las perovskitas 2D tradicionales de bajo valor n, cuyo rendimiento está limitado por la disposición de niveles aislantes, las películas SICC proporcionan un transporte eficiente de portadores verticales y una alineación de bandas favorable con la perovskita 3D. "La capa 2D cultivada por SICC mejora significativamente la calidad y uniformidad de la heteroestructura 3D:2D, lo que aumenta la eficiencia, reduce la histéresis y mejora la estabilidad operativa", destacó Mohite.
Basándose en esta tecnología, los investigadores desarrollaron células solares de perovskita con un área activa de 0,094 cm², cuya estructura del dispositivo incluye un sustrato de óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de electrones (ETL) de óxido de estaño (SnO₂), una capa absorbente de perovskita 3D, una capa de perovskita 2D, una capa de transporte de huecos (HTL) basada en Spiro-OMeTAD y un electrodo de oro (Au). La estructura de doble capa 3D/2D se formó integrando una capa de perovskita 2D de yoduro de butilamonio y plomo (BA₂PbI₄) mediante un proceso de crecimiento en plano en estado sólido, y la estructura bicapa se unió bajo una presión de 60 MPa y temperaturas de 60 °C a 85 °C.
Para escalar el tamaño, el equipo fabricó submódulos en sustratos de 7,1 cm × 7,1 cm, cada uno compuesto por 10 subcélulas interconectadas monolíticamente, con un área activa de 25 cm². La interconexión se logró mediante rayado láser P1, P2 y P3 con un láser de picosegundos de 532 nm, con anchos de rayado de 25 μm, 120 μm y 110 μm respectivamente, y el proceso de patronado optimizado logró un factor de llenado geométrico del 94,36%. Los dispositivos se probaron bajo iluminación AM1.5G estándar a 100 mW/cm², logrando una eficiencia de conversión de potencia del 25,14% en células de área pequeña y del 22,36% en submódulos de 25 cm². En las pruebas de estabilidad, los módulos encapsulados con resina curada por UV y cubierta de vidrio de 1,1 mm de espesor mantuvieron más del 90% de su rendimiento inicial durante más de 1000 horas bajo funcionamiento continuo de un sol.
Mohite concluyó: "Nuestros resultados indican que las perovskitas de baja dimensionalidad deben entenderse y diseñarse como productos cinéticos, no como materiales puramente termodinámicos. Nuestro trabajo proporciona una ruta escalable para integrar perovskitas de baja dimensionalidad estables en la próxima generación de módulos solares de alta eficiencia y fotovoltaicos en tándem."
Las instituciones participantes en este estudio incluyen la Universidad Nacional de Seúl (Seoul National University) de Corea, el Instituto de Tecnología Industrial de Corea (Korea Institute of Industrial Technology), la empresa emergente coreana de perovskitas Frontier Energy Solution (FES), la Universidad Rice (Rice University) y la Universidad Northwestern (Northwestern University) de EE. UU., así como el Instituto de Funciones Ópticas para Tecnologías de la Información (Institut Fonctions Optiques pour les Technologies de l’Information) de Francia.
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