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(Foco Nanowerk) Dada la urgente necesidad de descarbonizar el sistema energético global, investigadores de todo el mundo están compitiendo para desarrollar tecnologías solares de próxima generación que sean extremadamente rentables pero altamente eficientes. Un candidato particularmente prometedor son las células solares de perovskita: dispositivos livianos de película delgada fabricados con materiales económicos que se encuentran en la Tierra. Sin embargo, a pesar de las rápidas mejoras en la eficiencia, los problemas de inestabilidad obstaculizaron su camino hacia la viabilidad comercial.
En un nuevo estudio publicado en energía natural (“Las células solares de perovskita con heterounión de fase totalmente inorgánica alcanzan una eficiencia superior al 21,5%”), los investigadores han logrado avances significativos en la eficiencia de las células solares de perovskita mediante el desarrollo de una innovadora técnica de “capas de fases” que también podría mejorar la estabilidad.
El equipo de investigación, dirigido por científicos de la Universidad Nacional de Chonnam en Corea del Sur, creó una célula de perovskita en tándem apilando estratégicamente dos polimorfos cristalinos diferentes del material de perovskita que absorbe la luz, triyoduro de cesio-plomo.
Primer autor Dr. Sawanta Mali, del Laboratorio de Materiales de Energía Polimérica de la Universidad Nacional de Chonnam, explica a Nanowerk que al combinar las diferentes propiedades de cada polimorfo en una única unión bicapa, la célula solar resultante actúa como una unión p-n semiconductora. Esto ayuda a separar y recolectar cargas fotogeneradas, aumentando así la eficiencia.
«Esta técnica de estratificación de fases ofrece un enfoque simplificado para obtener células solares de perovskita eficientes y con alta estabilidad», afirmó Mali.
![Prof. Chang Kook Hong (izquierda) y Dr. Sawanta S. Malí](https://www.nanowerk.com/spotlight/id63658_1.jpg)
La construcción de uniones pn de semiconductores tradicionales con perovskitas ha demostrado ser compleja y requiere extensos pasos de procesamiento. El método de estratificación de fases de los investigadores ofrece una forma mucho más sencilla.
La innovación clave fue depositar la capa polimórfica frontal mediante una técnica de “aire caliente” sin disolventes y la capa posterior mediante evaporación térmica en una cámara de vacío. Los investigadores también agregaron pequeñas cantidades de aditivos químicos para estabilizar cada capa polimórfica.
Esto permitió la creación de conexiones uniformes y libres de defectos entre los dos polimorfos de cristal, algo que obstaculiza persistentemente el aumento de la eficiencia.
Las células solares de perovskita (PHS) de fase heterounión resultantes lograron una eficiencia de conversión de energía excepcional del 21,59%, uno de los valores más altos reportados para este tipo de célula.
En pruebas reales, las celdas conservaron más del 90% de su eficiencia original después de 200 horas de funcionamiento, lo que demuestra su potencial de estabilidad.
Al producir células más grandes con un área activa de 1 centímetro cuadrado, los investigadores lograron una eficiencia del 19%, lo que demuestra la escalabilidad de su diseño de células en tándem. Además, produjeron pequeños módulos solares con una eficiencia del 18% en una superficie de 18 centímetros cuadrados.
«Nuestra demostración de la formación de una heterounión polimórfica dual tiene un gran potencial para las tecnologías fotovoltaicas de perovskita», señala Mali.
En comparación con los paneles solares de silicio cristalino tradicionales que actualmente dominan el mercado, las células de perovskita se pueden fabricar a temperaturas mucho más bajas utilizando materiales y métodos de fabricación económicos. Esto podría permitir una energía solar extremadamente rentable.
Mientras que las células de silicio se están acercando a su límite de eficiencia teórica de alrededor del 26%, el máximo teórico para las perovskitas supera el 30%, por lo que hay un importante margen de mejora.
Mali señala que su innovador método de estratificación de fases también podría aplicarse a múltiples células de perovskita y otros diseños de células solares de vanguardia, algo crucial para acercar la eficiencia a los límites teóricos.
«Nuestro enfoque de estratificación de fases ofrece una ruta simplificada hacia células solares de perovskita eficientes y estables», concluye. Añade que esto abre oportunidades para crear dispositivos de perovskita multicapa aún más complejos en el futuro.
Debido a sus atractivas características de costo y eficiencia, la energía fotovoltaica de perovskita parece estar preparada para convertirse en una tecnología de energía renovable transformadora en los próximos años. Avances como la tecnología de estratificación de fases polimórficas representan avances importantes hacia el despliegue a gran escala.
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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