Películas condutoras transparentes que permitem uma faixa mais ampla do espectro solar foram desenvolvidas pela KAUST e são definidas para aumentar a eficiência de conversão de energia de células solares multifuncionais baseadas em perovskita além de 30 por cento. A eficiência aprimorada torna esses dispositivos mais atraentes do ponto de vista comercial.

A eficiência de conversão de energia das células solares de perovskita aumentou drasticamente na última década. Células solares em tandem - aquelas que combinam um amplo espaço de banda, uma célula superior de perovskita semitransparente e uma célula inferior de silício com baixo bandgap - alcançaram eficiência máxima de conversão de energia de 28 por cento, superando as células solares de silício de junção única.

O desempenho das células solares em tandem baseadas em perovskita depende da capacidade da célula superior de coletar a porção azul do espectro solar enquanto permite a passagem da luz infravermelha próxima. Por outro lado, a célula inferior só precisa absorver luz infravermelha próxima. "A semitransparência da célula superior depende do gap óptico e da espessura do filme fino de perovskita, bem como das características dos eletrodos transparentes, especialmente seu lado exposto ao sol, "explica o líder do estudo Stefaan De Wolf, do KAUST Solar Center.

Eletrodos transparentes ideais exibem alta condutividade e transparência de banda larga, que reduz as perdas de energia e melhora o desempenho do dispositivo em todo o espectro solar. Óxido de índio e estanho é o material condutor transparente para células solares, mas sua compensação de condutividade-transparência não é ideal. Essa compensação se manifesta apenas por meio da mobilidade moderada de elétrons e da absorção parasitária - um fenômeno que compete com a absorção de luz responsável pela geração atual. Metais, como titânio e molibdênio, têm sido usados ​​como dopantes para eletrodos à base de óxido de índio para melhorar essa compensação, mas suas elevadas temperaturas de processamento os tornam inadequados para células tandem baseadas em perovskita.

Como alternativa, De Wolf, Erkan Aydin e colegas da KAUST e da Universidade de Twente já fabricaram eletrodos transparentes usando óxido de índio dopado com zircônio (IZRO). "Este material é adequado para nossas células solares em tandem baseadas em perovskita por causa de suas propriedades distintas, especialmente seu largo bandgap excedendo 3,5 elétron-volts, alta condutividade e alta transparência no infravermelho próximo, "Aydin diz.

Ao contrário de suas contrapartes sem zircônio, os filmes IZRO inicialmente amorfos formaram grandes cristais quando aquecidos a 200 graus Celsius por 25 minutos em condições ambientais, sugerindo que a dopagem com zircônio promove cristalinidade. Os filmes recozidos apresentaram maior transparência e condutividade do que seus precursores não tratados, que conecta diretamente a cristalinidade com o desempenho do eletrodo.

Quando incorporado em células tandem perovskita-silício, os eletrodos IZRO aumentaram a resposta da célula inferior em comparação com suas contrapartes convencionais. Isso aumentou a eficiência de conversão de energia de 23,3 para 26,2 por cento, "Uma melhoria notável para células solares em tandem empilhadas mecanicamente, "Aydin diz.