Una célula solar de perovskita basada en espiro-OMeTAD dopada con sales de litio alcanza una eficiencia del 25,45%

Investigadores chinos proponen una nueva estrategia de dopaje sin litio para células solares de perovskita

septiembre 18, 2024

Investigadores chinos han propuesto una nueva estrategia de dopaje sin litio para fabricar capas de transporte de huecos (HTL) basadas en espiro-OMeTAD para aplicaciones en células solares de perovskita. Un dispositivo fotovoltaico construido con una HTL dopada con sal alcanzó una eficiencia récord del 25,45%.

Científicos de la Universidad Politécnica Northwestern de China han utilizado una estrategia de dopaje sin litio para fabricar una célula solar de perovskita basada en una capa de transporte de huecos (HTL, por sus iniciales en inglés) sin metal hecha de espiro-OMeTAd que, según se informa, ofrece unos niveles de eficiencia y estabilidad notables.

El equipo de investigación explicó que la espiro-OMeTAD para aplicaciones de células de perovskita se suele dopar con un compuesto conocido como bis(trifluorometanosulfonil)imida de litio (LiTFSI) para mejorar la extracción de huecos y la conductividad. Sin embargo, este tipo de dopaje requiere una oxidación al aire durante 24 horas, lo que supone un obstáculo para la producción comercial de dispositivos fotovoltaicos de perovskita.

Para resolver este problema, utilizaron una sal conocida como Eu(TFSI) para el dopaje del espiro-OMeTAD, que puede generar oxígeno (O2) y facilitar la preoxidación del espiro-OMeTAd. «A diferencia del dopaje LiTFSI convencional con exposición al aire, los HTL spiro-OMeTAD derivados del O2 pueden obtener instantáneamente una alta conductividad y una función de trabajo ideal sin necesidad de tratamientos posteriores», añadieron.

Adoptando esta estrategia de dopaje, los investigadores construyeron la célula solar con un sustrato de vidrio y óxido de estaño dopado con flúor (FTO), una capa de transporte de electrones (ETL) basada en óxido de titanio (TIO2), un absorbedor de perovskita, la HTL propuesta dopada con Eu(TFSI) y un contacto metálico de oro (Au).

Probado en condiciones de iluminación estándar bajo barrido inverso, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 25,45%, una tensión de circuito abierto de 1,210 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 25,41 mA cm2 y un factor de llenado del 82,50%. Una célula de referencia dopada con LiTFSI con la misma arquitectura alcanzó una eficiencia de sólo el 23,19%.

«Además, los dispositivos derivados del O2 ofrecen una potencia de salida estabilizada (SPO) del 25,22% durante 100 s, mientras que la SPO de los dispositivos dopados con LiTFSI apenas se estabiliza en el 22,48%», explicaron los científicos, señalando que la célula también era capaz de conservar el 90% de su eficiencia inicial tras 1000 h de funcionamiento.

A continuación, el dispositivo se utilizó para construir un módulo solar de perovskita de 6 cm x 6 cm que alcanzó una eficiencia del 20,35%. Según el equipo, este resultado demuestra la eficacia de la nueva estrategia de dopaje independientemente del tamaño de los dispositivos.

La novedosa estrategia de dopaje y la arquitectura de la célula se describen en el artículo «Superoxide radical derived metal-free spiro-OMeTAD for highly stable perovskite solar cells» (Spiro-OMeTAD libre de metales derivado de radicales superóxido para células solares de perovskita altamente estables), publicado en Nature Communications.

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) relacionados

• Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante
• Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructura
• Objetivo 13: Acción por el clima

Metas específicas de los ODS identificadas

• Meta 7.2: Aumentar la proporción de energía renovable en el mix energético global
• Meta 9.5: Aumentar significativamente el acceso a las tecnologías de la información y comunicación y esforzarse por proporcionar acceso universal y asequible a Internet en los países menos desarrollados
• Meta 13.2: Integrar medidas de cambio climático en las políticas, estrategias y planes nacionales

Indicadores de los ODS relevantes

• Indicador 7.2.1: Proporción de energía renovable en el consumo final de energía
• Indicador 9.5.1: Número de suscripciones móviles por cada 100 habitantes
• Indicador 13.2.1: Impacto de las medidas de mitigación del cambio climático

Tabla: ODS, metas e indicadores

El artículo aborda temas relacionados con la eficiencia y estabilidad de las células solares de perovskita. Estas células solares son una forma de energía renovable y están conectadas con el Objetivo 7 de Energía asequible y no contaminante. La meta específica identificada es aumentar la proporción de energía renovable en el mix energético global. El indicador correspondiente es la proporción de energía renovable en el consumo final de energía.

Además, el artículo menciona el uso de tecnologías de información y comunicación en la fabricación de células solares. Esto está relacionado con el Objetivo 9 de Industria, innovación e infraestructura. La meta específica identificada es aumentar significativamente el acceso a las tecnologías de la información y comunicación, y el indicador correspondiente es el número de suscripciones móviles por cada 100 habitantes.

Por último, el artículo también destaca la importancia de integrar medidas de cambio climático en las políticas y estrategias nacionales. Esto se relaciona con el Objetivo 13 de Acción por el clima. La meta específica identificada es integrar medidas de cambio climático en las políticas, estrategias y planes nacionales, y el indicador correspondiente es el impacto de las medidas de mitigación del cambio climático.

Fuente: pv-magazine-latam.com