Análisis Óptico Comparativo de Capas de Transporte de Carga Orgánicas e Inorgánicas en Celdas Solares de Perovskita

• Alvarez Samario ^[1] ; R. Reyes Molina ^[2] ; S. Vazquez y Parraguirre ^[2] ; I. Cosme ^[2] ; I. Kudriavtsev ^[1] ; B. Reyes-Ramirez ^[2] ; S. Mansurova ^[2]
  1. [1] Programa de Doctorado de Nanociencia y Nanotecnolog´ıa, CINVESTAV- IPN, Av. IPN 2508 Col. San Pedro Zacatenco, 07360 Mexico City, Mexico
  2. [2] Instituto Nacional de Astrof´ısica, Optica y Electr ´ onica, INAOE, Luis Enrique Erro 1, Tonantzintla, C.P. ´ 72840. Puebla, Mexico
• Localización: Óptica pura y aplicada, ISSN-e 2171-8814, Vol. 58, Nº. 1, 2025
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Comparative Optical Analysis of Organic and Inorganic Charge Transport Layers in Perovskite Solar Cells
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• Resumen
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    Este estudio investiga el rendimiento óptico de celdas solares basadas en perovskita de yoduro de plomo y metilamonio (MAPbI3) con diferentes configuraciones de las capas de transporte. Se compararon capas orgánicas, incluyendo polietileno-glicol-dioxitiofeno:poliestireno sulfonato (PEDOT:PSS) como capa de transporte de huecos (HTL) y [6,6]-fenil-C61-butiro-metil éster (PC60BM) como capa de transporte de electrones (ETL), frente a sus contrapartes inorgánicas, óxido de níquel (NiO) como HTL y óxido de zinc (ZnO) como ETL. Las constantes ópticas se obtuvieron ajustando los datos experimentales de transmitancia mediante los modelos Tauc-Lorentz-Drude (TLD) y Tauc-Lorentz (TL). Estas constantes se emplearon para simular la eficiencia cuántica externa (EQE) y la densidad de corriente de cortocircuito (Jsc) utilizando la plataforma e-ARC, una herramienta de simulación para evaluar celdas solares de capas múltiples. Se realizaron evaluaciones comparativas de reflectancia, pérdidas por absorción parasitaria y su impacto en Jsc para diversas combinaciones de ETL y HTL. Los resultados destacan las ventajas y desventajas en el rendimiento óptico a través de las distintas arquitecturas de dispositivos y exploran estrategias para mitigar las pérdidas parasitarias, particularmente mediante la optimización de los grosores de las capas y las propiedades de los materiales. Este trabajo ofrece información clave para mejorar la eficiencia de las celdas solares de perovskita mediante el modelado óptico integrado y estrategias de diseño.

  • English

    This study investigates the optical performance of perovskite methylammonium lead iodide (MAPbI3)- based solar cells with different transport layer configurations. Organic layers, including poly(3,4- ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) as the hole transport layer (HTL) and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PC60BM) as the electron transport layer (ETL), were compared against inorganic counterparts, nickel oxide (NiO) as the HTL and zinc oxide (ZnO) as the ETL. Optical constants were derived by fitting experimental transmittance data using the Tauc-Lorentz-Drude (TLD) and Tauc-Lorentz (TL) models. These constants were employed to simulate the external quantum efficiency (EQE) and short-circuit current density (Jsc) using the e-ARC platform, a simulation tool for evaluating multilayer solar cells. Comparative evaluations of reflectance, parasitic absorption losses, and their impact on Jsc were performed for various ETL and HTL combinations. The results highlight trade-offs in optical performance across device architectures and explore strategies to mitigate parasitic losses, particularly through optimizing layer thicknesses and material properties. This work provides key insights into improving perovskite solar cell efficiencies through integrated optical modeling and design strategies.