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La industria fotovoltaica ha sido testigo de un notable avance con el advenimiento de las células solares de perovskita de haluro de plomo (LHPSC), que han logrado una eficiencia de conversión de energía sobresaliente (PCE); 25% en un solo unión y 29% en configuraciones en tándem monolítico. A pesar de este progreso, los desafíos como la pobre estabilidad a largo plazo, la degradación de fase bajo luz, calor y humedad, y la toxicidad del plomo (PB) siguen siendo obstáculos significativos para la escalabilidad comercial y la seguridad ambiental.
Para superar estas limitaciones, mi equipo de investigación en la Universidad Autónoma de Querétaro, México, se centró en perovskitas de calcogenida, particularmente SRHFSE3, que exhibe atributos convincentes para la tecnología solar de próxima generación. Este material ofrece una estabilidad química superior, una banda de banda sintonizable, un alto coeficiente de absorción de fotones y una mayor movilidad del portador de tipo P, lo que lo convierte en un excelente candidato para aplicaciones fotovoltaicas.
Investigamos las células solares de perovskita de qualcogenida basadas en SRHFSE3 dentro de la arquitectura del dispositivo FTO/BASNO3/SRHFSE3/HTL/AU, inicialmente usando MOS2, como la capa de transporte de agujeros (HTL). Luego reemplazamos sistemáticamente a MOS2 con 40 HTL diferentes, incluidos semiconductores inorgánicos, polímeros y mxenos, una nueva exploración realizada por primera vez por mi grupo.
Utilizando la herramienta de simulación SCAPS-1D, desarrollada por Mark Burgelman, Universidad de Gante, realizamos un estudio teórico, simulando 1.627 configuraciones de dispositivos. Esto nos permitió optimizar los parámetros críticos, como la densidad del aceptador de los absorbentes, la densidad de defectos, el grosor y las funciones de trabajo de contacto con la espalda, todo en condiciones casi realistas.
Nuestros hallazgos, publicados en Materiales de energía solar y células solares, demuestran que a través de la ingeniería meticulosa de los dispositivos, las perovskitas de calcogenuro basadas en SRHFSE3 pueden lograr ganancias de rendimiento significativas. Los resultados indican un camino prometedor hacia células solares eficientes, estables y sin plomo. Las optimizaciones condujeron a una mejor absorción de la luz, pérdidas minimizadas de recombinación, potencial incorporado mejorado y mejores características de transporte de carga. En particular, la alineación de la banda mejorada y las propiedades interfaciales contribuyeron a mejoras sustanciales de PCE.
Analizamos 41 HTL en 1.627 configuraciones de células solares, clasificándolas en tres categorías HTL. Luego realizamos un análisis comparativo de estos tres tipos examinando los HTL de baja y alta eficiencia dentro de cada grupo utilizando diversas técnicas, como voltaje de capacitancia (CV), análisis Mott-Schottky, espectroscopía de impedancia, estudios de eficiencia cuántica y alineaciones de bandas de energía.
Las mejoras del rendimiento se atribuyeron principalmente a densidades de corriente de cortocircuito (JSC) más altas, una mayor división de nivel de cuasi fermi, una generación de portadores mejorado, campos eléctricos internos más fuertes, QE mejorado y longitudes de difusión. Entre las configuraciones simuladas, los mejores dispositivos de configuración utilizaron SNS, CPE-K y TI2CO2 como HTMS, logrando PCE de 27.87%, 27.39%y 26.30%, respectivamente.
Esta investigación marca un paso prometedor en la búsqueda de alternativas más seguras de alto rendimiento a los perovskitas convencionales. Al integrar SRHFSE3 con HTLS, el equipo ha sentado una base sólida para desarrollar células solares estables, eficientes y no tóxicas. A medida que el mundo avanza hacia soluciones de energía más limpias, innovaciones como esta tienen el potencial de remodelar el futuro de los fotovoltaicos.
Esta historia es parte del diálogo de Science X, donde los investigadores pueden informar los resultados de sus artículos de investigación publicados. Visite esta página para obtener información sobre el diálogo de Science X y cómo participar.
Más información: Dhineshkumar Srinivasan et al, una nueva clase de células solares de perovskita de calcogenuro SRHFSE3 con diversos HTM: modelado teórico hacia la mejora de la eficiencia, los materiales de energía solar y las células solares (2025). Doi: 10.1016/j.solmat.2025.113727
Bio:
La Dra. Latha Marasamy es profesora de investigación en el Programa de Ciencias de la Facultad de Química-Energía en UAQ, donde dirige un equipo dinámico de estudiantes e investigadores internacionales. Su misión es avanzar en la energía renovable, particularmente en el desarrollo de células solares de segunda y tercera generación, que incluyen CDTE, CIGS, perovskitas de calcogenuro emergentes, perovskitas FASNI3 sin plomo, calcogenuros cuaternarios de I2-I-IVI4 y células solares híbridas. She is working with a range of materials such as CdTe, CIGSe, CdS, MOFs, graphitic carbon nitride, chalcogenide perovskites (ABX3, where A = Ba, Sr, Ca; B = Zr, Hf; X = S, Se), quaternary chalcogenides (I2-II-IV-VI4, where I = Cu, Ag; II = Ba, Sr, Co, Mn, Fe, Mg; IV = Sn, Ti; Además, el Dr. Marasamy está investigando las propiedades de los materiales novedosos y su influencia en el rendimiento de las células solares a través de simulaciones teóricas SCAPS-1D.
Cita: la nueva clase de células solares de perovskita de calcogenón de Srhfse₃ con diversos HTMS puede hacer una tecnología solar más eficiente (2025, 6 de junio) recuperadas el 6 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-class-srhfse-calcogeningerovskite-solar.
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