El silicio domina los productos de energía solar: es estable, barato y eficiente para convertir la luz solar en electricidad. Cualquier material nuevo que tome silicio debe competir y ganar por esos motivos. Como resultado de una colaboración internacional de investigación, Shanghai JiaoLa Universidad de Tong, la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL y la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST han encontrado un material estable que crea electricidad de manera eficiente, lo que podría desafiar la hegemonía del silicio.
Escribiendo en ciencia , los equipos colaboradores muestran cómo el material CsPbI3 se ha estabilizado en una nueva configuración capaz de alcanzar altas eficiencias de conversión. CsPbI3 es una perovskita inorgánica, un grupo de materiales que está ganando popularidad en el mundo solar debido a su alta eficiencia y bajo costo.Esta configuración es notable ya que estabilizar estos materiales ha sido históricamente un desafío.
"Estamos satisfechos con los resultados que sugieren que CsPbI3 puede competir con materiales líderes en la industria", dice el profesor Yabing Qi, jefe de la Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de la Superficie de OIST, que dirigió el aspecto de la ciencia de la superficie del estudio
"A partir de este resultado preliminar, ahora trabajaremos para aumentar la estabilidad del material y las perspectivas comerciales".
alineación del nivel de energía
CsPbI3 a menudo se estudia en su fase alfa, una configuración bien conocida de la estructura cristalina apropiadamente conocida como la fase oscura debido a su color negro. Esta fase es particularmente buena para absorber la luz solar. Desafortunadamente, también es inestable - yla estructura se degrada rápidamente en una forma amarillenta, menos capaz de absorber la luz solar.
En cambio, este estudio exploró el cristal en su fase beta, una disposición menos conocida de la estructura que es más estable que su fase alfa. Si bien esta estructura es más estable, muestra una eficiencia de conversión de energía relativamente baja.
Esta baja eficiencia se debe en parte a las grietas que a menudo emergen en las células solares de película delgada. Estas grietas inducen la pérdida de electrones en capas adyacentes en la célula solar, electrones que ya no pueden fluir como electricidad. El equipo trató el materialcon una solución de yoduro de colina para sanar estas grietas, y esta solución también optimizó la interfaz entre capas en la célula solar, conocida como alineación del nivel de energía.
"Los electrones fluyen naturalmente a materiales con menor energía potencial para los electrones, por lo que es importante que los niveles de energía de las capas adyacentes sean similares a CsPbI3", dice el Dr. Luis K. Ono, coautor del laboratorio del profesor Qi ".Esta sinergia entre capas da como resultado la pérdida de menos electrones y la generación de más electricidad "
El equipo de OIST, con el apoyo del Centro de Desarrollo e Innovación Tecnológica de OIST, utilizó la espectroscopía de fotoemisión ultravioleta para investigar la alineación del nivel de energía entre CsPbI3 y las capas adyacentes. Estos datos mostraron cómo los electrones pueden moverse libremente a través de las diferentes capas, generando electricidad.
Los resultados mostraron una baja pérdida de electrones en las capas adyacentes después del tratamiento con yoduro de colina, debido a una mejor alineación del nivel de energía entre las capas. Al reparar las grietas que emergen naturalmente, este tratamiento condujo a un aumento en la eficiencia de conversión del 15%al 18%.
Si bien ese salto puede parecer pequeño, trae CsPbI3 al ámbito de la eficiencia certificada, los valores competitivos ofrecidos por los materiales solares rivales. Aunque este resultado inicial es prometedor, la perovskita inorgánica aún está rezagada. Para que CsPbI3 compita realmente con el silicio, elEl equipo trabajará a continuación en la trinidad de factores que permitirán que continúe el reinado del silicio: estabilidad, costo y eficiencia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Original escrito por Christopher Richardson. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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