Un equipo de investigadores indios diseñó y simuló uno células solares perovskíticas innovadoras que combina un Capa bidimensional (2D) Dion-Jacobson (DJ) con una perovskita tridimensional (3D) sin plomo. Esta configuración hizo posible obtener unEficiencia de conversión de energía del 31.16%excediendo el rendimiento de las células de referencia sin capa DJ-2D y garantizar una mayor estabilidad.
Es un paso importante para el mundo de energía renovabledado que los perovskitas se consideran entre los materiales más prometedores para el futuro de los fotovoltaicos. Sin embargo, hasta la fecha, las células solares basadas en perovskiti 2D, a pesar de ser más estable, nunca ha alcanzado el rendimiento de sus contrapartes 3D.
Cómo funciona la nueva célula solar solar perovskítica 2D-3D
La búsqueda seleccionó dos materiales clave:
- Pedama₄pb₅i₁₆un perovskite dion-jacobson 2d conocido por su estabilidad
- CSGEI₃₋ₓBRₓuna perovskita 3D libre de plomo, elegida por su alta eficiencia
Luego, los científicos utilizaron el software Scaps-1D, desarrollado por la Universidad de Gand, para simular y optimizar El comportamiento de la célula. El objetivo? Mejorar Eficiencia, estabilidad y durabilidadFactores cruciales para la adopción a gran escala de perovskiti en el sector fotovoltaico.
Composición y resultados de la simulación
El diseño de celda optimizado incluye:
- Contactos traseros en plata (Ag)
- La capa de transporte de huecos (HTL) en óxido de cobre (cu₂o)
- Capa activa 2D En pedama₄pb₅i₁₆
- Capa 3D activa en csgei₃₋ₓbrₓ
- Capa de transporte de electrones (ETL) Basado en el butirrato fenil-c61-metile (PCBM)
- Contacto frontal En el óxido de estanque de estanque con flúor (FTO)
La configuración final condujo a resultados sorprendentes:
- Eficiencia de conversión: 31.16%
- Voltaje de circuito abierto (VOC): 1.5617 V
- Densidad de corriente de cortocircuito (JSC): 22.55 pero/cm²
- Factor de llenado (FF): 88.47%
A modo de comparación, una célula solar Sin la capa DJ-2D presentado menor eficiencia (30.88%)con un vocio de 1.5371 Vun JSC de 22.10 mA/cm² y un FF de 90.90%.
Porque este descubrimiento es importante para el futuro de los fotovoltaicos
Las células solares perovskíticas tienen un enorme potencialpero su pobre estabilidad ha limitado hasta ahora su difusión comercial. La integración de materiales 2d y 3d representa Una solución innovadoraporque te permite Combine la resistencia de las perovskitas de dos dimensiones con el alto rendimiento de las tres dimensionales.
Los investigadores subrayan que las células solares 2D-3D podrían usarse en el futuro para desarrollar Dispositivos de perovskita/silicio en tándem y otras tecnologías avanzadas. De hecho, el equipo está trabajando en:
- Células solares perovskita/perovskita y perovskita/silicio
- Estrategias para mejorar la estabilidad a través de materiales 2D
- Optimización del rendimiento con gradientes de composición lineal y parabólica
Este descubrimiento, publicado en The Scientific Journal Revista de calle y compuestos con el título «Lograr el 31.16% de eficiencia en las células solares de perovskita a través del diseño de la capa 2D-3D sinérgico Dion-Jacobson»es el resultado de la colaboración entre La Universidad de Delhi, la Universidad Tecnológica de Madan Mohan Malaviya, la Universidad de Manipal y el Instituto Sueco de Materiales Avanzados.
Células en tándem en el mundo: China, Taiwán y Alemania empujan más allá de los límites de la eficiencia
Innovaciones en el campo de las células solares en tándem No se detienen aquí. Desde Porcelanapor ejemplo, llegan un progreso importante: elUniversidad Politécnica del noroeste de Xi’an ha desarrollado uno Células terminales de cuatro términos de perovskita-semi-trasplier en tándemque integra un avanzado Capa de óxido de rama protectora (in₂o₃). Este material no solo mejora la eficiencia general, sino que también se produce con Un método de bajo costo sin solventeshaciendo que el proceso sea más sostenible y escalable para la producción industrial.
También Academia Sinicael instituto de investigación más prestigioso de Taiwánanunció un objetivo importante: uno PEROVSKITE-SILICIO en tándem de células solares con dos terminales (2T)capaz de alcanzar una eficiencia de 31.5%. El equipo ya está trabajando para mejorar aún más el diseño, con el objetivo de optimizar la producción, aumentar la superficie de las células y mejorar la estabilidad para cualquier industrialización a gran escala.
En un nivel global, el registro de eficiencia para las células de perovskite-silicio en tándem actualmente está en poder de Longiuna empresa china que en 2023 alcanzó el 34.6% de eficiencia. Sigue de cerca el Universidad de Ciencia y Tecnología del Rey Abdullah (KAUST) en Arabia Sauditacon una celda que tocó el 33.7%.
Según los expertos del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) en AlemaniaEl Potencial teórico de masa Para las células en tándem podría subir a 39.5%. Sin embargo, para alcanzar y superar este umbral, serán necesarias nuevas arquitecturas para desarrollar y reemplazar algunos materiales clave, como el Fullerene (C60) para el transporte de electrones y el óxido de estancamiento ramificado (ITO) para mejorar la transparencia de las células.
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