Célula solar de junção tripla com perovskita e silício atinge eficiência recorde de 24,4%

Da pv magazine Global

Um grupo de pesquisadores liderados pela Karlsruher Institut für Technologie (KIT) fabricou uma célula solar de perovskita de junção tripla-perovskita e silício que alcançou uma eficiência recorde de 24,4%.

Até o momento, a energia fotovoltaica baseada em perovskita de várias junções usando três, quatro ou até mais junções tem ficado para trás em desempenho em comparação com células solares de dupla junção baseadas em perovskita monolítica.

“Os principais desafios no processamento de arquiteturas de junção tripla são o processamento sequencial de filmes finos de perovskita de alta qualidade na arquitetura multicamada cada vez mais complexa, o gerenciamento de luz e a correspondência atual das subcélulas monoliticamente interconectadas, bem como o desenvolvimento de junções de túnel/recombinação de baixa perda”, disse Ulrich W. Paetzold, líder do grupo fotovoltaico de próxima geração do KIT, à pv magazine. “Destacamos que, até o momento, a junção mais crítica é a subcélula de perovskita média, uma vez que ela é processada em cima da célula inferior de Si e precisa suportar o processamento subsequente da célula superior de perovskita de banda larga (WBG)”.

No estudo “Triple-junction perovskite–perovskite–silicon solar cells with power conversion efficiency of 24.4%“, publicado na Energy & Environmental Science, Paetzold e seus colegas explicaram que a célula era baseada em uma célula superior de perovskita com um bandgap de energia de 1,84 eV, uma célula média de perovskita com bandgap de 1,52 eV e uma célula inferior de silício com um bandgap de 1,1 eV.

A célula de fundo tinha uma espessura de 200 μm de espessura. Foi condicionada com hidróxido de potássio e baseado em junções poli-Si sobre óxido (POLO) coletoras de elétrons. Para os dispositivos médio e superior, os cientistas usaram uma das perovskitas de haleto mais promissoras – o iodeto de chumbo α-formamidínio conhecido como α-FAPbI3. As junções de recombinação foram formadas por camadas de óxido de índio estanho (ITO).

“O ITO também serve como óxido de ancoragem para a camada de transporte de furo sequencial (HTL), especialmente para os HTLs duplos de NiOx/monocamada automontada (SAM)”, explicaram os acadêmicos. “Um HTL duplo baseado em uma combinação de óxido de níquel (II) (NiOx) e carbazol (2PACz) é usado em ambas as subcélulas de perovskita, oferecendo uma excelente extração de transportador de carga, uma barreira robusta para os solventes do precursor de perovskita e um rendimento muito bom para os dispositivos”.

Testada sob condições de iluminação padrão, a célula de junção tripla alcançou uma eficiência de conversão de energia de 24,4%, uma tensão de circuito aberto de 2,84 V, uma corrente de curto-circuito de 11,6 mA cm–2 e um fator de preenchimento de 74%. O grupo de pesquisa afirmou que esta é a maior eficiência já relatada até o momento para esse tipo de dispositivo de junção tripla.

A célula também foi capaz de reter 96,6% da eficiência inicial no armazenamento no escuro a 85 C por 1.081 h.

“Aproveitando simulações ópticas e otimizações experimentais em junção tripla, o descasamento de corrente foi minimizado e a geração de corrente foi maximizada”, disse Paetzold. “A chave para essa conquista foi nosso desenvolvimento de uma subcélula de perovskita média de alto desempenho, empregando um filme fino FAPbI3 de alta qualidade de fase α pura”.

Paetzold também explicou que a subcélula de perovskita média é benéfica para fornecer um bandgap médio adequado, estabilidade térmica muito boa, excelentes interfaces para ambas as junções de recombinação e uma baixa densidade de defeitos e orifícios.

“Nosso estudo abre as portas para uma nova era de PV de junção tripla de alta eficiência à base de perovskita”, concluiu.