Perovskita híbrida para fabricar células solares más baratas

La perovskita híbrida de metilamonio es un material que se ha posicionado en muy poco tiempo, con un 20% de eficiencia certificada, como una alternativa barata a las actuales tecnologías para la fabricación células solares de lámina delgada, ya que permite el uso de técnicas de fabricación mucho más sencillas y a baja temperatura (<150ºC), permitiendo nuevas aplicaciones.

Científicos del Laboratorio de Caracterización de Dispositivos Orgánicos (LABCADIO) de la Universidad Rey Juan Carlos, junto con el grupo Electronics and Magnetic materials and Heterostructures del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), y el Photovoltaic and Optoelectronic Devices Group de la Universidad Jaume I de Castellón, han centrado su investigación en el estudio de este nuevo material para alcanzar un mayor control y reproducibilidad del dispositivo final. Los resultados de su estudio han sido recientemente publicados en el Journal of Materials Chemistry A.

En el artículo ‘Influencia del substrato sobre las propiedades en volumen de perovskita híbrida de haluro de plomo’ los investigadores pretenden dar luz acerca de la influencia de la elección del sustrato en las propiedades en volumen de la perovskita crecida sobre él. Se han determinado con gran precisión los parámetros de red, orientación preferencial y tamaño cristalino de láminas de perovskita sobre distintos sustratos mediante difracción de rayos X por radiación sincrotrón.

“Hemos observado una clara dependencia de los parámetros cristalinos de la muestra con el sustrato utilizado”, explica María Carmen Coya Párraga, investigadora del LABCADIO.

Además, en el estudio se analizan y comparan sistemáticamente la estructura y propiedades ópticas de este material, como su emisión y espectro Raman, observando una distinta evolución de las mismas dependiendo del sustrato.

“Debido a que la penetración de la luz utilizada para el análisis (de aproximadamente 85 nanómetros) es mucho menor que el espesor de la lámina estudiada (comprendido entre 600 y 700 nanómetros), se puede afirmar que el sustrato provoca un efecto en el volumen de la muestra, induciendo distinta densidad de puntos de nucleación y distintas dinámicas de crecimiento que dan lugar a distintos tipos y concentraciones de defectos dependiendo del sustrato de partida”, explica Coya Párraga.

La influencia del sustrato

“Mostramos que dicho sustrato tiene un efecto importante en las propiedades finales en volumen de la misma, más allá de la frontera sustrato-perovskita, no sólo en términos de tamaño de grano cristalino por la rugosidad del mismo, sino también por su naturaleza química, afectando a los defectos de la lámina de perovskita. Esto tiene importantes implicaciones en los principios de funcionamiento de la célula solar. En este sentido, se pueden prever importantes efectos en el rendimiento de la célula solar desde la elección del sustrato de partida, repercutiendo en la optimización del dispositivo”, añade la investigadora de la URJC.

Estos resultados suponen un avance para la fabricación de células solares de lámina delgada, ya que la tecnología actual se basa en materiales inorgánicos como el teluro de cadmio (CdT) o selenuro de cobre, indio y galio (CIGS) que emplean técnicas de fabricación más costosas y con temperaturas de proceso elevadas (> 500ºC).

La investigación realizada se encuentra enmarcada en el proyecto ‘Materiales híbridos basados en grafeno para aplicaciones en energía y detección óptica’, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y liderado por la investigadora de la URJC.