Desarrollo de películas delgadas de óxido conductor transparente Zn1−xSnxO y Mg1−xSnxO para aplicaciones en células solares de perovskita

Por qué importan los electrodos transparentes para la energía solar

Los paneles solares modernos hacen más que convertir la luz solar en electricidad; también incorporan materiales ingeniosos que dejan pasar la luz mientras conducen corriente eléctrica. Este estudio explora dos recubrimientos transparentes y conductores hechos de elementos abundantes, con el objetivo de reemplazar el estándar industrial actual, costoso, y de apoyar células solares de perovskita más seguras y libres de plomo.

Nuevos recubrimientos transparentes fabricados con metales comunes

Los investigadores se centraron en los óxidos conductores transparentes, la capa frontal tipo vidrio que tanto admite luz como recoge carga en muchos dispositivos, desde pantallas de teléfonos hasta células solares. En lugar de los materiales habituales a base de indio, que son caros y escasos, crearon dos alternativas combinando óxido de estaño con zinc o con magnesio. Estos nuevos recubrimientos, denominados ZTO y MTO, se fabricaron mediante una técnica simple de pulverización capaz de cubrir grandes láminas de vidrio sin necesidad de equipos de vacío complejos.

Pulverizar, calentar y ajustar las películas

Para fabricar los recubrimientos, el equipo disolvió sales metálicas en alcohol y pulverizó la niebla sobre vidrio calentado, para luego cocer las películas a alta temperatura. Al variar cuidadosamente la proporción de mezcla de zinc o magnesio con estaño, y después de annealar las películas, pudieron controlar el espesor, la estructura cristalina y los defectos internos. Mediciones con rayos X mostraron que el calentamiento mejoró el orden de los átomos y redujo las imperfecciones, mientras que la microscopía electrónica reveló granos más regulares y una cobertura más uniforme tras el tratamiento térmico, aspectos que facilitan el movimiento de carga.

Equilibrar claridad y conductividad

Una buena capa frontal para una célula solar debe ser tanto altamente transparente como altamente conductora, dos cualidades que a menudo van en direcciones opuestas. Pruebas ópticas mostraron que tanto las películas ZTO como MTO dejan pasar alrededor del 76–80 por ciento de la luz visible, incluso después de engrosarse lo suficiente para conducir bien la corriente. Al mismo tiempo, mediciones eléctricas confirmaron que las películas transportaban cargas negativas de forma eficiente, con las mejores películas a base de magnesio alcanzando concentraciones de portadores muy altas y baja resistencia eléctrica. El paso de calentamiento estrechó ligeramente las brechas de banda ópticas de las películas y redujo grupos químicos indeseados, cambios vinculados a un mejor transporte de carga sin sacrificar demasiada transparencia.

Integrando las nuevas capas en células solares reales

Para evaluar el rendimiento de estos recubrimientos en la práctica, el equipo fabricó células solares simples de perovskita usando un absorbente libre de plomo de cloruro de estaño y cesio y un contacto trasero de grafito de bajo coste. Este diseño se eligió no para batir récords de eficiencia, sino para destacar claramente cómo las capas frontales afectan el rendimiento. Cuando las nuevas capas ZTO y MTO reemplazaron a los electrodos transparentes convencionales, los dispositivos resultantes generaron potencia medible bajo iluminación estándar. Las células con ZTO alcanzaron eficiencias de conversión de potencia de alrededor del 3,5 por ciento, mientras que las con MTO lograron cerca del 6,4 por ciento, gracias a una corriente más fuerte y un voltaje ligeramente mayor.

Qué significa esto para la tecnología solar futura

El estudio muestra que recubrimientos transparentes y conductores hechos de estaño y magnesio pueden rivalizar con la claridad óptica de los materiales estándar actuales, a la vez que ofrecen un sólido rendimiento eléctrico y usan elementos más abundantes. Entre las dos opciones probadas, las películas a base de magnesio funcionaron mejor dentro de células solares de perovskita operativas, principalmente porque condujeron la electricidad de forma más eficiente sin dejar de dejar pasar una cantidad considerable de luz. Aunque estos dispositivos aún no están listos para tejados o plantas de energía, los resultados sugieren un camino prometedor hacia módulos solares más baratos, sin indio y potencialmente más seguros, que se basan en métodos de recubrimiento por pulverización escalables.

Cita: Kiruthiga, G., Kumar, M.S., Raguram, T. et al. Development of Zn_1−xSn_xO and Mg_1−xSn_xO transparent conducting oxide thin films for perovskite solar cell applications. Sci Rep 16, 15968 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42690-x

Palabras clave: óxido conductor transparente, células solares de perovskita, pirólisis por nebulización, películas delgadas de óxido de estaño, electrodos sin indio