Crédito: Electrónica óptica y cuántica (2025). Doi: 10.1007/s11082-025-08228-7
La energía solar ha sido durante mucho tiempo un faro de esperanza en nuestra búsqueda de energía limpia. Sin embargo, el camino hacia los fotovoltaicos sostenibles y de alta eficiencia ha estado plagado de obstáculos como toxicidad e inestabilidad en perovskitas de haluro de plomo ampliamente utilizados. ¿Podríamos diseñar una célula solar que entregue no solo alto rendimiento, sino también durabilidad, estabilidad y seguridad ambiental?
Esa pregunta nos llevó a (CA, BA) ZRS3, una perovskita de calcogenida con inmensa promesa. A diferencia de sus homólogos basados en plomo, este material cuenta con una fuerte estabilidad térmica y química. Más importante aún, su banda de banda se puede ajustar finamente a 1.26 eV con menos del 2% de dopaje de calcio, colocándolo directamente dentro del límite de Shockley-Teisser para una conversión fotovoltaica óptima.
Por primera vez, mi equipo de investigación de la Autónoma Universidad de Querétaro exploró una idea innovadora de emparejamiento (CA, BA) ZRS3 con capas de transporte de agujeros de espinela inorgánicos de próxima generación (HTL). Integramos Nico2O4, ZNCO2O4, CUCO2O4 y SRFE2O4 en células solares y simulamos su rendimiento usando SCAPS-1D.
Nuestro trabajo, publicado en electrónica óptica y cuántica, ha elevado significativamente la eficiencia de conversión de potencia (PCE) a una tasa impresionante de más del 34% por espesor de capa meticulosamente de ingeniería, concentración de portadores y propiedades de interfaz.
Observamos anchos de agotamiento de hasta 0.4 µM, 0.5 µM, 0.6 µM, 0.7 µM y 0.2 µM para células solares a base de NICO2O4, ZNCO2O4, Cuco2O4 y Srfe2O4, mejorando la generación de portadores de carga dentro de las celdas solares.
En particular, las células basadas en SRFE2O4 entregaron un PCE estelar de 34.24% con menos déficit de energía (~ 0.11 V), JSC elevado (~ 34.12 mA/cm2) y una absorción mejorada (~ 42%) debido a su resistencia de recombinación superior, potencial mejorado y una alineación de banda optimizada.
Nos alienta particularmente el rendimiento superior de los HTL de espinela en comparación con las contrapartes orgánicas convencionales. La combinación de bajo costo, disponibilidad generalizada, facilidad de síntesis, baja resistividad eléctrica, amabilidad ambiental y estabilidad térmica y fotoquímica excepcional los hace altamente compatibles con los absorbentes de calcogenuro emergentes.
Más allá de la eficiencia, encontramos que la ingeniería de interfaz juega un papel fundamental. Al minimizar las densidades de defectos y lograr la conducción ideal y las compensaciones de la banda de valencia, las vías de recombinación de carga bloqueadas efectivamente, al tiempo que permite el transporte de agujeros sin costura. Esta arquitectura ajustada demuestra que las tecnologías solares sostenibles pueden ser de alto rendimiento y escalables.
Nuestra investigación marca un paso fundamental para desarrollar células solares de película delgada no tóxicas, estables y altamente eficientes. A medida que continuamos refinando las propiedades del material y las configuraciones del dispositivo, creemos (CA, BA) las células solares ZRS3 integradas con HTLS de espinela pronto se convertirán en una piedra angular de los fotovoltaicos de próxima generación. El futuro de la energía solar se está remodelando y tenemos el honor de contribuir a esta prometedora transformación.
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: EUPSY Navis Vincent Mercy et al, modelado de (CA, BA) Células solares ZRS3 con capas de transporte de agujeros de espinela de próxima generación a través de la electrónica SCAPS-1D, óptica y cuántica (2025). Doi: 10.1007/s11082-025-08228-7
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. Ella está trabajando con una variedad de materiales como CdTe, Cigse, CDS, MOFS, FASNI3, Nitruro de carbono grafítico, perovskitas de calcogenuro (ABX3, donde a = Ba, Sr, Ca; B = Zr, Hf; X = S, Se), Calcogenidos cuaternarios (I2-II-IV-VI4, donde i = Cu, Ag, AG, AG, AG, AG; Mn, Fe, Mg; 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 SCAPS-1D.
Cita: Avances en (CA, BA) ZRS₃ Células solares que utilizan capas innovadoras de transporte de agujeros de espineles (2025, 22 de mayo) Recuperado el 22 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-Advancements-cabazrs-solar-cellssspinel.html
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