Fabricación y caracterización de celdas solares orgánicas basadas en Perovskita

Abstract

En las últimas décadas, las celdas solares orgánicas se han convertido en una opción muy prometedora para la tecnología fotovoltaica. La investigación de estas celdas solares dio paso a la fabricación de celdas solares basadas en Perovskita cuya eficiencia de conversión de potencia (PCE, por sus siglas en inglés) ha aumentado exponencialmente en los últimos años alcanzando valores superiores al 20% en el 2016. Además, estas perovskitas cuentan con un amplio espectro de absorción, elevado coeficiente de absorción, elevada movilidad intrínseca de cargas, entre otras características que hacen de este material un excelente candidato para aplicaciones en dispositivos fotovoltaicos. Actualmente las celdas solares basadas en perovskita siguen siendo objeto de investigación con el fin no solo de mejorar sus eficiencias, pero también de hacer viable su reproducibilidad, controlar su estabilidad, longevidad y otros factores que afectan directamente el rendimiento de estas películas tales como la cristalización de la película, obtener una película uniforme y un grosor adecuado. En este trabajo de investigación se fabricaron celdas solares orgánicas con capa activa de perovskita mediante el método de spin-coating de un paso en atmosfera controlada de nitrógeno. Estas celdas orgánicas tienen un área aproximada de 4 cm2 y una arquitectura tandem con la siguiente configuración: ITO/PEDOT:PSS/Perovskita/PC71BM/FM la cual se desglosa de la siguiente manera: el óxido de indio-estaño (ITO) se usó como ánodo, el poli (3,4-etilendioxitiofeno) poliestireno sulfonado comúnmente llamado PEDOT:PSS como capa transportadora de huecos, el éster de ácido metil-fenil-C71 butírico (PC71BM) como capa extractora de electrones y como cátodo el Field's Metal (FM). La caracterización de estas celdas solares orgánicas se hizo en un simulador solar con el fin de obtener la curva J-V (densidad de corriente contra voltaje) y a partir de ésta encontrar sus parámetros electrónicos: Voc (voltaje de circuito abierto), Isc (corriente de corto circuito), FF (factor de llenado) y PCE (eficiencia de conversión). Con la finalidad de estudiar la capa activa (Perovskita) de las celdas orgánicas fabricadas en este trabajo, se llevó a cabo por separado el depósito de películas de perovskita sobre vidrio y se analizó su morfología, composición, espesor, y estructura cristalina utilizando las técnicas del estado del arte como son: Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Espectroscopia de Dispersión de Energía (EDS), Microscopía de Fuerza Atómica (AFM), y Difracción de Rayos X (XRD) respectivamente. En este trabajo de investigación se encontró un método novedoso, rápido y económico para fabricar celdas solares orgánicas. Estas celdas solares alcanzaron una eficiencia del 2%, generaron voltaje máximo de 0.51 V y una densidad de corriente de 15.66 mA/cm2.