Celdas solares de puntos cuánticos coloidales en heterouniones empobrecidas

La fotovoltaica de puntos cuánticos coloidales (CQD) combina la procesabilidad en solución de bajo costo con la sintonización del efecto tamaño cuántico para igualar la absorción con el espectro solar. Los recientes avances rápidos en fotovoltaica de CQD han llevado a impresionantes eficiencias de conversión de energía solar del 3.6% AM1.5. Se han propuesto dos arquitecturas de dispositivos distintos y mecanismos de funcionamiento. El primero—el dispositivo Schottky—fue optimizado y explicado en términos de una región de empobrecimiento que impulsa la separación de pares electrón-hueco en el lado semiconductor de una unión entre un metal opaco de baja función de trabajo y una película de CQD tipo p. El segundo—el dispositivo excitónico—empleó una capa de CQD sobre un óxido conductor transparente (TCO) y se explicó en términos de transporte excitónico difusivo a través de transferencia de energía seguido de separación de excitones en la heterointerfase tipo II entre la película de CQD y el TCO. Aquí fabricamos dispositivos fotovoltaicos de CQD sobre TCOs y mostramos que nuestros dispositivos dependen del establecimiento de una región de empobrecimiento para el transporte y separación de carga impulsados por el campo, y que también explotan el gran ancho de banda del TCO para mejorar la rectificación y bloquear la extracción indeseada de huecos. Las celdas solares resultantes de heterounión empobrecidas proporcionan una eficiencia de conversión de energía del 5.1% AM1.5. Los dispositivos emplean CQDs de PbS ajustados por el efecto de tamaño en el rango infrarrojo, lo que permite la recolección de espectro solar de banda ancha. Informamos las voltajes de circuito abierto más altas observadas en celdas solares de CQD en estado sólido hasta la fecha, así como factores de llenado que se acercan al 60%, a través de la combinación de bloqueo eficiente de huecos (heterounión) y una densidad de portadores minoritarios muy pequeña (empobrecimiento) en la parte de gran ancho de banda.