Las células solares basadas en perovskita tienen mucho que agradar. Son simples y económicas de producir, ofrecen flexibilidad que podría desbloquear una amplia gama de métodos y lugares de instalación, y en los últimos años han alcanzado eficiencias energéticas cercanas a las del silicio tradicionalbasadas en células.
Pero descubrir cómo producir dispositivos de energía basados en perovskita que duren más de un par de meses ha sido un desafío.
Ahora los 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 hallazgos sobre las células solares de perovskita que podrían abrir el camino a dispositivos que funcionan mejor.
"Las células solares de Perovskita ofrecen muchas ventajas potenciales porque son extremadamente livianas y pueden fabricarse con sustratos plásticos flexibles", dijo Juan-Pablo Correa-Baena, profesor asistente en la Escuela Técnica de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Georgia Tech ".Sin embargo, para poder competir en el mercado con las células solares basadas en silicio, deben ser más eficientes ".
En un estudio que se publicó el 8 de febrero en la revista ciencia y fue patrocinado por el Departamento de Energía de EE. UU. Y la National Science Foundation, los investigadores describieron con mayor detalle los mecanismos de cómo la adición de metal alcalino a las perovskitas tradicionales conduce a un mejor rendimiento.
"Las perovskitas realmente podrían cambiar el juego en la 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 fundamentalmentesobre estos materiales "
Para comprender los cristales de perovskita, es útil pensar en su estructura cristalina como una tríada. Una parte de la tríada generalmente se forma a partir del elemento principal. La segunda generalmente está compuesta de un componente orgánico como el metilamonio, y la tercera esa menudo compuesto 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 en la parte de la perovskita que normalmente ocupa la materia orgánica.moléculas.
"Sabíamos por trabajos anteriores que agregar cesio y rubidio a una perovskita de plomo y bromo mezclados conduce a una mejor estabilidad y un mayor rendimiento", dijo Correa-Baena.
Pero se sabía poco acerca de por qué agregar esos metales alcalinos mejoró el rendimiento de las perovskitas.
Para comprender exactamente por qué eso parecía funcionar, los investigadores utilizaron mapeo de rayos X de alta intensidad para examinar las perovskitas a nanoescala.
"Al observar la composición dentro del material de perovskita, podemos ver cómo cada elemento individual juega un papel en la mejora del rendimiento del dispositivo", dijo Yanqi Grace Luo, estudiante de doctorado en nanoingeniería en la Universidad de California en San Diego.
Descubrieron que cuando se agregaban cesio y rubidio a la perovskita de plomo y bromo mezclados, causaba que el bromo y el yodo se mezclaran de manera más homogénea, lo que resulta en 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 una célula solar de perovskita a operar 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 causaba que el bromo y el yodo se volvieran más homogéneos, los metales de haluro dentro de su propio catión permanecieron bastante agrupados, creando "zonas muertas" inactivas en la célula solar que no producenActual.
"Esto fue sorprendente", dijo Fenning. "Tener estas zonas muertas normalmente mataría una célula solar. En otros materiales, actúan como agujeros negros que absorben electrones de otras regiones y nunca los dejan ir, por lo que se pierde corriente yvoltaje.
"Pero en estas perovskitas, vimos que las zonas muertas alrededor del rubidio y el cesio no eran demasiado perjudiciales para el rendimiento de las células solares, aunque hubo alguna pérdida actual", dijo Fenning. "Esto muestra cuán robustos son estos materiales, pero también quehay incluso más oportunidades de mejora "
Los hallazgos se suman a la comprensión de cómo funcionan los dispositivos basados en perovskita a nanoescala y podrían sentar las bases para futuras mejoras.
"Estos materiales prometen ser muy rentables y de alto rendimiento, que es más o menos lo que necesitamos para asegurarnos de que los paneles fotovoltaicos se desplieguen ampliamente", dijo Correa-Baena. "Queremos tratar de compensar los problemas del cambio climático, por lo quela idea es tener células fotovoltaicas que sean lo más baratas posible "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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