Enfoques teóricos y experimentales para el diseño y caracterización de celdas solares de perovskita libres de plomo - Saltos Sánchez, Harry (2025)
El considerable potencial de la energía solar se presenta como una fuente renovable y limpia de electricidad, con un bajo impacto ambiental, disponibilidad en el lugar de consumo y sostenibilidad, lo que la hace una alternativa para reemplazar fuentes de energía no renovables como el carbón, petróleo y gas natural, además de contribuir a la reducción de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera, con el fin de preservar el medio ambiente. En consecuencia, en los últimos años ha surgido un notable interés en la investigación de celdas solares basadas en diversos materiales y tecnologías de fabricación. Las celdas solares son dispositivos fotovoltaicos que transforman la radiación solar en energía eléctrica, con bajos costos operativos y niveles mínimos de contaminación. Uno de los desarrollos que ha cobrado especial relevancia en los últimos años son las celdas solares de perovskita (CSP), una tecnología que promete revolucionar la industria fotovoltaica. Las CSP tienen excelentes propiedades optoelectrónicas debido a su ancho de banda ajustable, gran movilidad de portadores, alto coeficiente de absorción y largas longitudes de difusión, lo que las convierte en excelentes candidatas para aplicaciones fotovoltaicas. Además, estos dispositivos tienen un proceso de fabricación más simple y un costo menor en comparación con las celdas solares convencionales basadas en silicio. Las CSP consisten en un material de perovskita como absorbente de luz, intercalado entre una capa de transporte de huecos (HTL) y una capa de transporte de electrones (ETL). Recientemente, eficiencias superiores al 25% se han logrado para las CSP orgánicasinorgánicas basadas en MAPbI3 y FAPbI3 como materiales de captación de luz. En los últimos años, los compuestos de perovskita totalmente inorgánicos como CsPbX₃ (X = I, Br, Cl) y los nuevos materiales basados en perovskita con bajas concentraciones de Pb o libres de Pb, como CsGenPb₁₋ₙX₃3 y CsSnnPb₁₋ₙX₃ (X = I, Br, Cl; 0 ≤ n ≤ 1), han atraído la atención de los investigadores por su potencial para mejorar la estabilidad a largo plazo de los dispositivos y reducir su toxicidad. En este trabajo, hemos estudiado CSP totalmente inorgánicas basadas en diferentes materiales absorbentes como capa de perovskita. Específicamente, hemos investigado y discutido las propiedades opto-electrónicas de los materiales de perovskita CsBX3 (B = Pb, Sn, Ge y X = I, Br, Cl), como el parámetro de red, la energía de formación y la banda prohibida electrónica (band-gap). Además, hemos llevado a cabo simulaciones numéricas para estudiar el rendimiento de diferentes arquitecturas de CSPs. Finalmente, se discuten los resultados de la fabricación y caracterización de uno de los materiales estudiados como ETL (ZnO). Los resultados obtenidos contribuyen a mejorar el rendimiento de las CSPs y buscar una alternativa "más ecológica” utilizando menos Pb en ellas.