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(Foco Nanowerk) El silicio es el campeón indiscutible de los materiales para células solares, con versiones de laboratorio capaces ahora de convertir más del 29% de la luz solar en electricidad. Pero una tecnología emergente basada en perovskitas de haluros metálicos se está poniendo al día rápidamente. Los avances en el rendimiento durante la última década han dado como resultado que las células solares de perovskita alcancen una eficiencia superior al 25% en el laboratorio, acercándose a los límites prácticos del silicio.
Ahora, investigadores de la Universidad Nacional Chonnam de Corea del Sur han informado que las células solares híbridas en tándem orgánicas de perovskita con una eficiencia del 23,07% se están fabricando completamente al aire libre, lo que acerca la tecnología un gran paso a la viabilidad comercial.
Sus resultados fueron publicados en Ciencias Energéticas y Ambientales (“Perovskitas de haluros totalmente inorgánicos para células solares en tándem híbridas orgánicas/perovskitas monolíticas “nip” procesadas con aire con una eficiencia superior al 23%).
Desde 2012, las perovskitas de haluro de plomo han surgido de la oscuridad y han logrado notables mejoras de rendimiento no vistas desde los primeros días de la investigación solar. Sin embargo, la comercialización de la joven tecnología seguía siendo un objetivo difícil de alcanzar. Las perovskitas se degradan rápidamente cuando se exponen al calor, la humedad y la luz. Al fabricar módulos solares es necesario estabilizar las conexiones notoriamente inestables.
Los investigadores se han basado en gran medida en diseñar cuidadosamente la propia estructura cristalina de perovskita para lograr una mayor resiliencia. Pero estos delicados pasos de manipulación añaden costos y complejidad que no son adecuados para la producción en masa. «Recientemente, la atención se ha desplazado hacia las células solares totalmente procesadas en solución debido a sus procesos de fabricación de baja energía», dijo el autor principal, el Dr. Sawanta Malí.
La innovación del equipo, una técnica dinámica de deposición de aire caliente, simplificó el proceso de producción al eliminar la necesidad de ambientes con humedad controlada.
«Nuestro enfoque muestra que los absorbentes procesados en solución con pasivación de cationes orgánicos reducen la pérdida de COV hasta 0,025 V, que es el valor más bajo registrado hasta la fecha», explica Sawanta a Nanowerk. «Utilizamos subceldas frontales ‘Ni-P’ totalmente tratadas con aire en este proceso, lo que resultó en un enfoque simplificado para la comercialización con alta reproducibilidad».
![texto](https://www.nanowerk.com/spotlight/id64149_1.jpg)
Dr. Sawanta y sus colegas fabricaron al aire libre tanto la célula solar frontal de perovskita de banda ancha como la capa trasera de células solares orgánicas de banda prohibida estrecha al aire libre utilizando una técnica que llaman deposición dinámica de aire caliente. Utilizaron una pistola de calor para cristalizar sales de haluros metálicos extraídas directamente de la solución sobre el sustrato, evitando baños antidisolventes problemáticos. Los investigadores también utilizaron tratamientos químicos novedosos para pasivar la superficie de cada capa y lograr un transporte de carga eficaz.
La perovskita de haluro de plomo y cesio resultante, totalmente inorgánica, logró una resistencia a la humedad significativamente mejorada en comparación con las perovskitas híbridas de plomo estándar con componentes orgánicos volátiles. Esta mejora en la resistencia a la humedad representa un avance significativo con respecto a las perovskitas híbridas de plomo estándar, que contienen componentes orgánicos volátiles y son menos estables. El dopaje con rubidio metálico estabilizó aún más la estructura cristalina de perovskita. El método de síntesis a base de agua y procesamiento a temperatura ambiente también eliminó la necesidad de costosos equipos especializados.
“Se sabe que la subcélula frontal de perovskita tiene un absorbente relativamente fuerte de luz visible, con un máximo de ~450 nm, y exhibe un EQE muy alto en todo el rango visible, lo que supera la deficiencia del EQE relativamente bajo de los equilibrios de BHJ. Sawanta comenta sobre el diseño de células solares en tándem. La capa de perovskita captura fotones visibles de mayor energía, mientras que la celda de heterounión masiva de polímero absorbe infrarrojos de menor energía.
![De izquierda a derecha: Prof. Chang Kook Hong, Dr. Sawanta S. Mali y el Dr. Jyoti V. Patil muestra las células solares híbridas en tándem puramente inorgánicas](https://www.nanowerk.com/spotlight/id64149_2.jpg)
Los dispositivos optimizados combinaron una celda frontal de perovskita de haluro de plomo y cesio dopada con rubidio de 1,87 eV con una celda posterior de polímero ternario. Esta arquitectura pancromática en tándem logró una eficiencia máxima de conversión de luz solar en electricidad del 23,07%. El voltaje de circuito abierto de 2,11 V está muy por encima de los 1,14 V típicos de las células de silicio comerciales. Igualmente importante, las células conservaron más del 90% de su potencia máxima después de 600 horas de exposición continua simulada a la luz solar. Por el contrario, la eficiencia de una celda de control de perovskita no pasivada cayó por debajo de la mitad en 50 horas.
«También descubrimos que el controlador es más estable bajo estrés térmico de 65°C y 85°C que a temperatura ambiente». Esto probablemente se debe a una reducción en la vía de desintegración de fase inducida por la humedad a temperaturas elevadas a medida que se desorben las moléculas de agua. desde la superficie”, explica Mali. Una mayor encapsulación para proteger contra la humedad permitió una vida útil aún más larga.
El método de fabricación del entorno simplificado también se ha traducido de 0,09 cm2 Escala de laboratorio con una eficiencia superior al 21,82 % para un práctico 1 cm2 Tamaño de celda.
«Nuestros resultados sugieren que implementar el método de aire caliente para subcélulas frontales hechas de perovskita totalmente inorgánica y subcélulas posteriores basadas en una mezcla ternaria de OPV con ‘n-p’ es una solución viable», concluye Mali. El equipo confía en que con un mayor desarrollo se acercarán al límite práctico de eficiencia del 29,1% para la arquitectura de células solares en tándem.
La eficiencia y estabilidad excepcionales de las células en tándem orgánicas de perovskita procesadas en condiciones ambientales encaminan la tecnología para lograr los costos de fabricación extremadamente bajos necesarios para la adopción generalizada de la energía fotovoltaica.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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