Capa tampón de óxido de antimonio para células solares de perovskita de unión simple y doble

Nuevas formas de atrapar más luz solar

Los paneles solares se acercan a sus límites físicos, por lo que extraer incluso una pequeña fracción adicional de la luz solar puede traducirse en energía limpia más barata. Este estudio muestra cómo un material poco conocido, el óxido de antimonio, puede hacer que las células solares perovskita–silicio de vanguardia sean tanto más eficientes como más fáciles de fabricar a escalas útiles.

Por qué las células solares en tándem actuales desperdician luz

Algunos de los paneles solares de mayor rendimiento apilan una célula de perovskita sobre una de silicio, permitiendo que cada una absorba una distinta porción del espectro solar. Entre estas capas hay películas ultrafinas que guían las cargas eléctricas y protegen materiales delicados durante el procesamiento. Un material tampón común, una forma de óxido de estaño depositado átomo a átomo, realiza bien esta función pero también reacciona químicamente con la perovskita. Para proteger la perovskita, los ingenieros se han visto obligados a añadir una capa más gruesa de material a base de carbono llamado fulereno. Sin embargo, ese grosor extra absorbe luz azul y violeta útil en lugar de dejarla alcanzar las capas activas, robando en silencio corriente y eficiencia al dispositivo.

Una capa protectora más suave que deja entrar más luz

Los investigadores reemplazaron la capa reactiva de óxido de estaño por una película de óxido de antimonio depositada mediante simple evaporación térmica. Este proceso convierte suavemente el material en polvo en vapor y lo condensa como un recubrimiento uniforme, evitando la química agresiva que daña las perovskitas. Como el óxido de antimonio es más amable con la capa subyacente, la película de fulereno sobre la perovskita pudo reducir su grosor de 15 nanómetros a solo 5 nanómetros sin sacrificar la estabilidad. Un fulereno más fino significa menos absorción parasitaria en el rango de longitudes de onda de 300 a 560 nanómetros, lo que permite que más luz de onda corta se convierta en electricidad en la célula superior de perovskita.

Autopistas ocultas para las cargas eléctricas

Al observar con microscopios electrónicos y sondas eléctricas especializadas, el equipo encontró que la película de óxido de antimonio no es uniformemente vítrea. En cambio, combina regiones amorfas con pequeños cristales ordenados. Estos nanocristales se alinean de forma que crean rutas verticales para los electrones, mientras el material amorfo circundante sigue siendo más aislante. Mediciones adicionales sugieren que defectos asociados con átomos de antimonio crean estados energéticos que ayudan a los electrones a cruzar la barrera de energía entre capas. En conjunto, estas características permiten que las cargas se muevan rápidamente a través del tampón en la dirección necesaria, al tiempo que bloquean fugas indeseadas lateralmente.

De células a pequeña escala en el laboratorio a paneles más grandes

Para demostrar que el óxido de antimonio es práctico, los investigadores lo probaron tanto en células individuales de perovskita como en tándems completos perovskita–silicio. Las células individuales con diferentes bandas prohibidas alcanzaron altas eficiencias por encima del 22 por ciento, con la mejor en 23,18 por ciento, igualando dispositivos de óxido de estaño de última generación fabricados con métodos similares. Al integrarlo en células en tándem de un centímetro cuadrado de área, la nueva capa tampón elevó la eficiencia de conversión de potencia a 30,28 por ciento, principalmente al aumentar la corriente de la célula superior de perovskita en alrededor de 1 miliamperio por centímetro cuadrado. De forma crucial, el enfoque escaló bien: un módulo totalmente encapsulado con un área de apertura de 64,64 centímetros cuadrados alcanzó una eficiencia del 28,16 por ciento, con un valor certificado de forma independiente del 27,70 por ciento, y mostró poca degradación durante exposiciones prolongadas a la luz y pruebas de calor.

Qué significa esto para los paneles solares del futuro

Para los no especialistas, el mensaje principal es que un cambio sutil en una capa casi invisible de una célula solar puede traducirse en ganancias apreciables en la cantidad de luz solar capturada, sin aumentar la complejidad ni la fragilidad de la fabricación. El óxido de antimonio ofrece una forma de proteger las capas de perovskita de manera suave mientras deja entrar más luz y transporta cargas de forma eficiente, tanto en células de prueba pequeñas como en módulos más grandes. Esta combinación de mayor eficiencia, buena estabilidad y menores costes de procesamiento apunta hacia paneles solares en tándem que podrían superar el 35 por ciento de eficiencia y resultar atractivos para un uso comercial generalizado.

Cita: Shi, B., Sunli, Z., Liu, P. et al. Antimony oxide buffer layer for single- and double-junction perovskite-based solar cells. Nat Commun 17, 4394 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70848-8

Palabras clave: células solares de perovskita, células solares en tándem, óxido de antimonio, capa tampón, eficiencia solar