Un importante avance en la evolución de las células fotovoltaicas de perovskita promete tener implicaciones significativas en el desarrollo de energía renovable. El estudio ha sido realizado por investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU).
La innovación de CityU allana el camino para la comercialización de las celdas solares de perovskita, acercándonos a un futuro energéticamente eficiente impulsado por fuentes sostenibles.
«Las implicaciones de esta investigación son de gran alcance para entender cómo funciona un panel solar. Sus posibles aplicaciones podrían revolucionar la industria de la energía solar», afirmó el Profesor Zhu Zonglong del Departamento de Química de CityU. Este colaboró con el Profesor Li Zhong’an de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong.
Nuevo enfoque en las células fotovoltaicas de perovskita
Las células fotovoltaicas de perovskita representan una frontera prometedora en el panorama de la energía solar, conocidas por su impresionante eficiencia en la conversión de energía. Sin embargo, tienen una desventaja significativa: la inestabilidad térmica, es decir, su rendimiento suele decaer a altas temperaturas.
El equipo de CityU ha desarrollado un tipo único de monocapa autoensamblada, o SAM por sus siglas en inglés, y la ha anclado en una superficie de óxido de níquel como capa de extracción de carga.
«Nuestro enfoque ha mejorado de manera significativa la robustez térmica de las celdas», afirmó el Profesor Zhu, destacando que la estabilidad térmica es una barrera importante para la comercialización de las celdas solares de perovskita.
«Al introducir una capa de extracción de carga robusta térmicamente, nuestras celdas mejoradas mantienen más del 90% de su eficiencia, logrando una asombrosa tasa de eficiencia del 25.6%, incluso después de operar a altas temperaturas, alrededor de 65 grados Celsius, durante más de 1,000 horas. Esto es un logro trascendental», añadió el Profesor Zhu.
El calor en las células fotovoltaicas de perovskita
La motivación para esta investigación surgió de un desafío específico en el sector de la energía solar: la inestabilidad térmica de las celdas solares de perovskita.
«A pesar de su alta eficiencia en la conversión de energía, estas células fotovoltaicas de perovskita son como un automóvil deportivo. Funcionan excepcionalmente bien en clima frío pero tiende a sobrecalentarse y bajo rendimiento en un día caluroso. Esto era un obstáculo significativo que impedía su uso generalizado», explicó el Profesor Zhu.
El equipo de CityU se enfocó en la monocapa autoensamblada (SAM), una parte esencial de estas celdas, y la concibió como un escudo sensible al calor que necesitaba refuerzo.
«Descubrimos que la exposición a altas temperaturas puede causar la ruptura de los enlaces químicos dentro de las moléculas SAM, lo que afecta negativamente el rendimiento del dispositivo. Entonces, nuestra solución fue similar a agregar una armadura resistente al calor: una capa de nanopartículas de óxido de níquel, cubierta por una SAM, lograda a través de una integración de varios enfoques experimentales y cálculos teóricos», detalló el Profesor Zhu.
Para contrarrestar este problema, el equipo de CityU introdujo una solución innovadora: anclar la SAM en una superficie de óxido de níquel inherentemente estable, mejorando así la energía de unión de la SAM al sustrato. Además, sintetizaron una nueva molécula SAM propia. Crearon una molécula innovadora que promueve una extracción de carga más eficiente en dispositivos de perovskita.
Mayor Eficiencia a Altas Temperaturas
El resultado principal de la investigación es la transformación potencial del panorama de la energía solar. Al mejorar la estabilidad térmica de las celdas solares de perovskita a través de las SAMs diseñadas de manera innovadora, el equipo ha sentado las bases para que estas celdas funcionen eficientemente incluso en condiciones de altas temperaturas.
«Este avance es fundamental ya que aborda un obstáculo importante que previamente impedía una adopción más amplia de las celdas solares de perovskita. Nuestros hallazgos podrían ampliar significativamente la utilización de estas celdas, ampliando sus límites de aplicación a entornos y climas donde las altas temperaturas eran un obstáculo», señaló el Profesor Zhu.
La importancia de estos descubrimientos no puede ser subestimada. Al fortalecer la viabilidad comercial de las celdas solares de perovskita, CityU no sólo está introduciendo un nuevo actor en el mercado de la energía renovable. También, está preparando el escenario para un posible cambio fundamental. Este podría desempeñar un papel vital en el cambio global hacia fuentes sostenibles y energéticamente eficientes.
Esta tecnología, una vez completamente comercializada, podría contribuir significativamente a disminuir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y a combatir de manera sustancial la crisis climática global.