Se han mejorado las perovskitas evaporadas en las células solares en tándem
BESSY II desvela cómo se forman las capas
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Las células solares en tándem de perovskita y silicio alcanzan rendimientos significativamente superiores a los de las células solares de silicio por sí solas. Un método especialmente interesante es la coevaporación de las moléculas precursoras de la perovskita sobre la subcelda de silicio. Científicos del HZB han analizado el crecimiento de la película a escala nanométrica en BESSY II y han descubierto una nueva forma de mejorar la calidad de la capa de perovskita: la adición de una fina capa de cloruro de cesio entre las dos subcélulas favorece el crecimiento uniforme de la perovskita y evita la formación de yoduro de plomo no deseado en la interfaz.
Las células solares tándem monolíticas de perovskita-silicio se caracterizan por una fina capa de perovskita, que puede producirse mediante la denominada coevaporación de compuestos precursores, un proceso industrial bien establecido. Como capa de transporte de huecos para la perovskita se utilizan las denominadas SAM, moléculas orgánicas que se autoensamblan formando una monocapa. Sin embargo, tanto la SAM como la capa de perovskita deben formarse de la manera más uniforme posible sobre la superficie de silicio. Pero, dado que las SAM no forman una monocapa perfecta y, además, la superficie de silicio presenta una nanoestructura destinada a mejorar la absorción de la luz, esto resulta muy complicado.
En el HZB, un equipo ha investigado a fondo este problema utilizando diversos métodos, todos ellos disponibles en el HZB, y ha desarrollado una solución que también resulta de interés para la producción industrial.
BESSY II revela cómo se forman las capas
Mediante un microscopio de sonda de barrido de campo cercano (IR-s-SNOM) en el rango del infrarrojo en BESSY II, identificaron zonas de espesor variable dentro de la capa de SAM, que iban desde monocapas hasta varias capas e incluso aglomeraciones de estas moléculas. También pudieron analizar con mayor detalle cómo se forman las capas de SAM sobre sustratos de silicio planos y texturizados de relevancia industrial. Esto reveló que las moléculas de SAM se acumulan en los valles de la textura, lo que da lugar a una capa de espesor irregular.
Mediante microscopía electrónica de fotoemisión de rayos X (XPEEM) en BESSY II, los científicos pudieron investigar el crecimiento de la perovskita coevaporada en diferentes zonas del sustrato de silicio recubierto de SAM. Sus resultados muestran que la capa de perovskita no fue capaz de compensar las heterogeneidades subyacentes y que se había formado yoduro de plomo no deseado en la interfaz con el silicio.
Una capa de siembra ayuda
Sin embargo, el equipo implementó y analizó una solución avanzada: una capa de cloruro de cesio (CsCl) en la interfaz, que actúa como capa de siembra. «Esto permite el crecimiento uniforme de capas de perovskita coevaporadas sobre silicio texturizado y evita la formación de defectos en la interfaz causados por una cobertura desigual de la capa de transporte de huecos», afirma el Dr. Viktor Škorjanc, primer autor del artículo. Como consecuencia, la calidad de la capa mejora significativamente. Esto aumenta la eficiencia de las células solares tándem de perovskita-silicio preparadas por Stefanie Severin hasta el 30,3 %, lo que supone un valor excepcional para las perovskitas obtenidas mediante evaporación.
El nuevo proceso al vacío no requiere disolventes y, por lo tanto, podría mejorar la estabilidad de las células tándem, lo que hasta ahora ha supuesto un importante obstáculo para su comercialización. «Esto supone un auténtico paso adelante a la hora de trasladar las eficiencias récord del laboratorio a tecnologías solares tándem fiables y aptas para la fabricación industrial», afirma el Dr. Marcel Roß, jefe del equipo de células solares de perovskita evaporada del HZB.
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