Trazando un camino hacia células solares flexibles más baratas

9 de febrero de 2019 • Tecnología •         Visitas: 13

Hay muchas cosas que me gustan de las células solares basadas en perovskita. Son simples y baratos de producir, ofrecen una flexibilidad que podría desbloquear una amplia gama de métodos y lugares de instalación, y en los últimos años han alcanzado eficiencias energéticas que se acercan a las de las celdas tradicionales basadas en silicio.

Pero descubrir cómo producir dispositivos de energía basados en perovskita que duren más de un par de meses ha sido un desafío.

Ahora, investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, la Universidad de California en San Diego y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han informado sobre nuevos descubrimientos sobre las células solares de perovskita que podrían abrir el camino hacia dispositivos que funcionen mejor.

"Las células solares de perovskite ofrecen muchas ventajas potenciales porque son extremadamente livianas y se pueden fabricar con sustratos plásticos flexibles", dijo Juan-Pablo Correa-Baena, profesor asistente de la Escuela de Ciencias e Ingeniería de Materiales de Georgia Tech. "Para poder competir en el mercado con células solares basadas en silicio, sin embargo, necesitan ser más eficientes".

En un estudio que se publicó el 8 de febrero en la revista Science y fue patrocinado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Fundación Nacional de Ciencias, los investigadores describieron con mayor detalle los mecanismos de cómo agregar el metal alcalino a las perovskitas tradicionales conduce a un mejor desempeño.

"Perovskites realmente podría cambiar el juego en energía solar", dijo David Fenning, profesor de nanoingeniería en la Universidad de California en San Diego. “Tienen el potencial de reducir costos sin renunciar al rendimiento. Pero todavía hay mucho que aprender fundamentalmente sobre estos materiales ".

Para entender los cristales de perovskita, es útil pensar en su estructura cristalina como una tríada. Una parte de la tríada está formada típicamente por el elemento principal. El segundo se compone típicamente de un componente orgánico como el metilamonio, y el tercero a menudo se compone de otros haluros, como el bromo y el yodo.

En los últimos años, los investigadores se han centrado en probar diferentes recetas para lograr mejores eficiencias, como agregar yodo y bromo al componente principal de la estructura. Más tarde, intentaron sustituir el cesio y el rubidio por la parte de la perovskita típicamente ocupada por moléculas orgánicas.

"Sabíamos por un trabajo anterior que la adición de cesio y rubidio a una mezcla de bromo y yodo con perovskita conduce a una mejor estabilidad y mayor rendimiento", dijo Correa-Baena.

Pero poco se sabía acerca de por qué agregar esos metales alcalinos mejoró el rendimiento de las perovskitas.

Para entender exactamente por qué eso parecía funcionar, los investigadores utilizaron el mapeo de rayos X de alta intensidad para examinar las perovskitas en la nanoescala.

"Al observar la composición dentro del material perovskita, podemos ver cómo cada elemento individual desempeña un papel en la mejora del rendimiento del dispositivo", dijo Yanqi (Grace) Luo, estudiante de doctorado en nanoingeniería en la UC San Diego.

Descubrieron que cuando se añadían el cesio y el rubidio a la perovskita mixta de bromo y yodo, provocaba que el bromo y el yodo se mezclaran de manera más homogénea, lo que daba como resultado una eficiencia de conversión hasta un 2 por ciento más alta que los materiales sin estos aditivos.

"Encontramos que la uniformidad en la química y la estructura es lo que ayuda a que una célula solar de perovskita funcione a su máximo potencial", dijo Fenning. "Cualquier heterogeneidad en esa columna vertebral es como un eslabón débil en la cadena".

Aun así, los investigadores también observaron que si bien la adición de rubidio o cesio hacía que el bromo y el yodo se volvieran más homogéneos, los metales haluros en su propio catión permanecían bastante agrupados, creando "zonas muertas" inactivas en la célula solar que no producen corriente.