A inserção de uma camada de fluoreto de metal em células solares em tandem de perovskita-silício de várias camadas pode impedir a recombinação de carga e melhorar o desempenho, descobriram os pesquisadores da KAUST.
Espera-se que as células solares em tandem que combinam perovskita e subcélulas baseadas em silício em um dispositivo capturem e convertam melhor a luz solar em eletricidade do que seus análogos convencionais de silício de junção única a um custo menor. No entanto, quando a luz solar atinge a subcélula da perovskita, os pares de elétrons resultantes e as lacunas carregadas positivamente tendem a se recombinar na interface entre a perovskita e a camada de transporte de elétrons. Além disso, uma incompatibilidade entre os níveis de energia nessa interface dificulta a separação de elétrons dentro da célula. Cumulativamente, esses problemas diminuem a tensão operacional máxima disponível, ou tensão de circuito aberto, das células tandem e limitam o desempenho do dispositivo.

Esses problemas de desempenho podem ser parcialmente resolvidos com a introdução de uma camada de fluoreto de lítio entre a perovskita e a camada de transporte de elétrons, que geralmente compreende o fulereno receptor de elétrons (C₆₀ ). No entanto, os sais de lítio prontamente se liquefazem e se difundem através das superfícies, o que torna os dispositivos instáveis. "Nenhum dos dispositivos passou nos protocolos de teste padrão da Comissão Eletrotécnica Internacional, o que nos levou a criar uma alternativa", diz o principal autor Jiang Liu, pós-doc no grupo de Stefaan De Wolf.

Liu, De Wolf e colegas de trabalho investigaram sistematicamente o potencial de outros fluoretos metálicos, como o fluoreto de magnésio, como materiais intercalares na perovskita/C₆₀ interface de células tandem. Eles evaporaram termicamente os fluoretos de metal na camada de perovskita para formar um filme uniforme ultrafino com espessura controlada antes de adicionar C₆₀ e componentes de contato superior. As camadas intermediárias também são altamente transparentes e estáveis, de acordo com os requisitos das células solares p-i-n invertidas.

A camada intermediária de fluoreto de magnésio promoveu efetivamente a extração de elétrons da camada ativa de perovskita enquanto deslocava C₆₀ da superfície da perovskita. Esta recombinação de carga reduzida na interface. Também melhorou o transporte de carga através da subcélula.

A célula solar tandem resultante alcançou um aumento de 50 milivolts em sua tensão de corrente aberta e uma eficiência de conversão de energia estabilizada certificada de 29,3% - uma das mais altas eficiências para células tandem de perovskita-silício, diz Liu.

"Considerando que a melhor eficiência é de 26,7 por cento para células de junção única baseadas em silício cristalino convencional, essa tecnologia inovadora pode trazer ganhos consideráveis ​​de desempenho sem aumentar o custo de fabricação", diz Liu.

Para explorar ainda mais a aplicabilidade dessa tecnologia, a equipe está desenvolvendo métodos escaláveis ​​para produzir células em tandem de perovskita-silício em escala industrial com áreas superiores a 200 centímetros quadrados. "Também estamos desenvolvendo várias estratégias para obter dispositivos tandem altamente estáveis ​​que passarão pelos protocolos críticos de estabilidade industrial", diz Liu. + Explorar mais

Camadas de transporte de furos reticulados para células solares tandem de perovskita de alta eficiência