Investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghái y la Universidad de Tecnología de Wuhan han desarrollado una celda solar tándem de dos terminales (2T) basada en una capa superior de perovskita semitransparente y una capa inferior de CuInGaSe₂ (CIGS). Este nuevo diseño ha alcanzado una eficiencia de conversión energética del 24,6 %, situándose entre los valores más altos reportados hasta la fecha para esta arquitectura.
Uno de los principales avances técnicos fue la incorporación de D-homoserina lactona hidrocloruro (D-HLH) como aditivo en el precursor de perovskita. Este compuesto permitió una mejor cristalización de la capa absorbente, reduciendo los defectos en la película y mejorando la cobertura sobre superficies irregulares, como las que presentan los sustratos comerciales de CIGS. Esta cobertura más uniforme también favoreció una interfaz más eficiente entre ambas capas.
Además, los investigadores resolvieron problemas de recombinación de portadores en la interfaz entre la perovskita y la capa transportadora de electrones de C60 mediante una estrategia de pasivación dual. Por un lado, aplicaron una reconstrucción superficial con 2-tiophenetilamonio yoduro (2-TEAI) y dimetilformamida (DMF), capaces de pasivar defectos en superficie y en los límites de grano. Por otro lado, incorporaron una capa de fluoruro de litio (LiF) que actúa como pasivador por efecto de campo, ayudando a repeler portadores tipo hueco y reduciendo así las pérdidas por recombinación.
En términos de arquitectura, la celda superior de perovskita se construyó sobre un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), con una capa de transporte de huecos de óxido de níquel (NiOx), una monocapa autoensamblada (SAM) basada en 2PACz, el absorbente de perovskita, una capa de transporte de electrones de C60, un contacto posterior de óxido de indio y zinc (IZO), una capa intermedia de LiF y un contacto metálico de plata (Ag).
La celda de perovskita por sí sola alcanzó una eficiencia del 19,1 %, frente al 17,9 % obtenido en la versión sin los aditivos y técnicas de pasivación. Aplicando conjuntamente 2-TEAI y LiF, se logró una eficiencia media superior al 21,8 %, confirmando la eficacia del enfoque combinado. Posteriormente, se integró esta celda con la base de CIGS, logrando un dispositivo tándem de 0,16 cm² con una eficiencia final del 24,6 %.
Los ensayos de estabilidad mostraron resultados prometedores. Tras 500 segundos de iluminación continua, la eficiencia estabilizada fue del 24,3 %. Después de 960 horas de almacenamiento en nitrógeno, seguido de exposición al aire con niveles de humedad relativa del 30–50 %, el dispositivo conservó el 84,4 % de su rendimiento inicial. Estos datos sugieren una viabilidad sólida para aplicaciones a medio plazo.
El trabajo ha sido publicado en la revista científica Nano-Micro Letters bajo el título “Crystallization Modulation and Holistic Passivation Enables Efficient Two-Terminal Perovskite/CuIn(Ga)Se₂ Tandem Solar Cells”, y representa un avance significativo en el campo de las celdas solares híbridas de perovskita y semiconductores del grupo I-III-VI.
✅ Resumen técnico
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Materiales: perovskita superior + capa inferior de CIGS.
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Innovaciones: aditivo en precursor (D‑HLH) + pasivación dual (2‑TEAI/DMF y LiF).
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Eficiencia: single-junction hasta ~21,8 %; tándem 24,6 %, con buena estabilidad post-iluminación y en humedad.
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