Recubrir las células solares con moléculas orgánicas especiales podría allanar el camino para una nueva generación de paneles solares. Como informa un equipo de investigación en la revista Quimica APLICADAEste recubrimiento puede aumentar el rendimiento de las células monolíticas en tándem hechas de silicio y perovskita y, al mismo tiempo, reducir su costo, porque se fabrican a partir de obleas de silicio estándar, microestructuradas e industriales.
En las células solares, la luz “golpea” los electrones de un semiconductor y deja “agujeros” cargados positivamente. Estos dos portadores de carga están separados entre sí y pueden acumularse como corriente. Las células en tándem se desarrollaron para utilizar mejor todo el espectro de la luz solar y aumentar la eficiencia de las células solares. Las células en tándem están formadas por dos semiconductores diferentes que absorben diferentes longitudes de onda de luz. Los principales candidatos para el uso en esta tecnología son una combinación de silicio, que absorbe la mayor parte de la luz roja y del infrarrojo cercano, y perovskita, que utiliza la luz visible de manera muy eficiente. Las células monolíticas en tándem se fabrican recubriendo un soporte con dos tipos de semiconductores, uno encima del otro.
Para los sistemas de perovskita/silicio, esto normalmente se logra utilizando obleas de silicio producidas mediante el proceso de fusión por zonas y que tienen una superficie pulida o nanoestructurada. Sin embargo, estos son muy caros. Las obleas de silicio producidas mediante el proceso de Czochralski, con elementos estructurales piramidales de escala micrométrica en sus superficies, son significativamente más baratas. Estas microtexturas dan como resultado una mejor captura de la luz, ya que son menos reflectantes que las superficies lisas. Sin embargo, el proceso de recubrir estas obleas con perovskita produce muchos defectos en la red cristalina, que afectan las propiedades electrónicas. La transferencia de electrones liberados se ve obstaculizada y la recombinación de huecos de electrones se produce mediante procesos que no emiten luz. Tanto la eficiencia como la estabilidad de la capa de perovskita disminuyeron.
Dirigido por el profesor Kai Yao, un equipo chino de la Universidad de Nanchang, Suzhou Maxwell Technologies, el Instituto de Investigación de Productos Tubulares CNPC (Shaanxi), la Universidad Politécnica de Hong Kong, la Universidad Tecnológica de Wuhan y la Universidad de Fudan (Shanghai) ya lo ha desarrollado. Una estrategia de pasivación superficial que permite suavizar los defectos superficiales de la capa de perovskita. Se aplica un compuesto de tiofenetilamonio con un grupo trifluorometilo (CF3-TEA) mediante un proceso de recubrimiento por pulverización dinámico. Crea una capa muy uniforme, incluso en superficies microtexturizadas.
Debido a su alta polaridad y energía de unión, el recubrimiento CF3-TEA debilita de manera muy efectiva los efectos de los defectos superficiales. Se suprime la recombinación no radiativa y se ajustan los niveles electrónicos para que los electrones en la interfaz puedan transferirse más fácilmente a la capa capturadora de electrones de la célula solar. La modificación de la superficie con CF3-TEA permite que las células solares en tándem de perovskita/silicio basadas en obleas texturizadas típicas hechas de silicio Czochralski alcancen eficiencias muy altas de alrededor del 31% y mantengan la estabilidad a largo plazo.
