Científicos internacionales han informado sobre nuevos avances en las celdas solares de perovskita. Han desarrollado una innovadora técnica que podría simplificar la fabricación de celdas solares de perovskita. Estas células fotovoltaicas son consideradas la próxima generación de materiales solares. Son más baratas y sostenibles que las tradicionales celdas de silicio. Sin embargo, que aún enfrentan desafíos en cuanto a su durabilidad en condiciones del mundo real.
Las perovskitas, denominadas así por su estructura cristalina única que destaca por absorber la luz visible de manera eficiente, presentan un gran potencial en la tecnología solar. La célula solar fotovoltaica continua mejorando para responder a las necesidades actuales. Estas celdas pueden producirse a temperatura ambiente y con un menor consumo energético en comparación con los materiales de silicio tradicionales, lo que las hace más accesibles y sostenibles. Así, lo afirma el profesor asistente Dzade, coautor del estudio y experto en energía y minería.
No obstante, las principales sustancias utilizadas en la fabricación de estas celdas, los haluros metálicos orgánico-inorgánicos híbridos, contienen componentes orgánicos que son vulnerables a la humedad, el oxígeno y el calor. La exposición a condiciones del mundo real puede llevar a un rápido deterioro en su rendimiento.
Las celdas solares de perovskita son una buena solución
Una solución prometedora implica el uso de materiales perovskita totalmente inorgánicos, como el yoduro de plomo de cesio, que presenta buenas propiedades eléctricas y una mayor tolerancia a factores ambientales. No obstante, este material es polimórfico, lo que significa que tiene múltiples fases con diferentes estructuras cristalinas. Dos de estas fases son ideales para celdas solares, pero pueden convertirse fácilmente en una fase no fotoactiva no deseada a temperatura ambiente, lo que introduce defectos y degrada la eficiencia de la celda solar.
Los científicos han entendido bien cómo funcionan los paneles fotovoltaicos y han logrado buscado la técnica adecuada para aumentar el rendiemiento. La investigación se basa en combinar estas dos fases fotoactivas del yoduro de plomo de cesio para formar una fase-heterounión. Esto evita la transformación hacia la fase no deseada. Las heterouniones se crean al apilar diferentes materiales semiconductores, como capas en una celda solar, con propiedades optoelectrónicas distintas. Estas uniones en los dispositivos solares se pueden ajustar. De esta forma se puede absorber más energía solar y convertirla en electricidad de manera más eficiente.
La fabricación de celdas solares
El profesor Dzade explicó: «Lo destacado de este trabajo es que demuestra que la fabricación de celdas solares con heterouniones de fase utilizando dos polimorfos del mismo material es el camino a seguir. Esto mejora la estabilidad del material y evita la conversión entre las dos fases. La formación de una interfaz coherente entre las dos fases permite que los electrones fluyan fácilmente a través del dispositivo, lo que conduce a una mayor eficiencia de conversión de energía».
Los investigadores lograron fabricar un dispositivo que alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 21.59%, una de las más altas reportadas para este tipo de enfoque, y con una excelente estabilidad. Después de 200 horas de almacenamiento en condiciones ambientales, los dispositivos mantuvieron más del 90% de su eficiencia inicial.
Escalar la celdas solares de perovskita al mundo real
Cuando se escaló desde el laboratorio a un módulo solar en el mundo real, el diseño logró una eficiencia de conversión de energía del 18.43% en una superficie de más de 7 pulgadas cuadradas (18.08 centímetros cuadrados), destacó Dzade. Este resultado inicial resalta el potencial de este enfoque para desarrollar módulos solares de perovskita de gran tamaño y evaluar su estabilidad de manera confiable.
El profesor Dzade modeló la estructura y propiedades electrónicas de la heterounión a escala atómica y encontró que al unir las dos fases fotoactivas se crea una estructura de interfaz estable y coherente, lo que promueve una separación y transferencia eficiente de cargas, propiedades deseables para lograr dispositivos solares de alta eficiencia.
Un método de doble deposición
Los colegas de Dzade en la Universidad de Chonnam, en Corea del Sur, desarrollaron un método de doble deposición único para fabricar el dispositivo, utilizando una técnica de aire caliente para una fase y una evaporación térmica de triple fuente para la otra. La adición de pequeñas cantidades de aditivos moleculares y orgánicos durante el proceso de deposición mejoró aún más las propiedades eléctricas, la eficiencia y la estabilidad del dispositivo.
Según el autor principal del estudio, Sawanta S. Mali, esta técnica de doble deposición tiene el potencial de ser fundamental en la fabricación de celdas solares de perovskita altamente eficientes y estables en el futuro.
Los investigadores señalan que esta técnica de doble deposición podría allanar el camino para el desarrollo de más celdas solares basadas en perovskitas totalmente inorgánicas o en otras composiciones de haluros de perovskita. Además de extender la técnica a diferentes composiciones, el trabajo futuro implicará hacer que las celdas de fase-heterounión sean más duraderas en condiciones del mundo real y escalarlas al tamaño de los paneles solares tradicionales, con el objetivo de superar el 25% de eficiencia en un futuro cercano, lo que acercaría su comercialización.