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    El potasio aumenta la eficiencia de las células solares basadas en perovskita

    Vista a escala atómica de la formación de la estructura del cristal de perovskita ('autoensamblaje'). Los iones de potasio (en rojo) están decorando las superficies de las estructuras para curar defectos e inmovilizar el exceso de haluros. Crédito:Matt Klug

    Una solución simple de potasio podría aumentar la eficiencia de las células solares de próxima generación, permitiéndoles convertir más luz solar en electricidad.

    Un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad de Cambridge descubrió que la adición de yoduro de potasio 'curaba' los defectos y el movimiento de iones inmovilizados. que hasta la fecha han limitado la eficiencia de las células solares de perovskita baratas. Estas células solares de próxima generación podrían usarse como una capa de aumento de la eficiencia sobre las células solares existentes basadas en silicio. o convertirse en células solares independientes o LED de colores. Los resultados se informan en la revista. Naturaleza .

    Las células solares del estudio se basan en perovskitas de haluro metálico, un grupo prometedor de materiales semiconductores iónicos que, en tan solo unos pocos años de desarrollo, ahora rivalizan con las tecnologías fotovoltaicas de película delgada comerciales en términos de su eficiencia para convertir la luz solar en electricidad. Las perovskitas son baratas y fáciles de producir a bajas temperaturas, lo que los hace atractivos para las células solares y la iluminación de próxima generación.

    A pesar del potencial de las perovskitas, algunas limitaciones han obstaculizado su eficacia y coherencia. Pequeños defectos en la estructura cristalina de las perovskitas, llamadas trampas, puede hacer que los electrones se "atasquen" antes de que se pueda aprovechar su energía. Cuanto más fácil sea que los electrones se muevan en un material de célula solar, cuanto más eficiente sea ese material para convertir fotones, partículas de luz, en electricidad. Otro problema es que los iones pueden moverse en la celda solar cuando están iluminados, lo que puede provocar un cambio en la banda prohibida:el color de la luz que absorbe el material.

    "Hasta aquí, no hemos podido estabilizar estos materiales con la banda prohibida que necesitamos, así que hemos intentado inmovilizar el movimiento de los iones modificando la composición química de las capas de perovskita, "dijo el Dr. Sam Stranks del Laboratorio Cavendish de Cambridge, quien dirigió la investigación. "Esto permitiría utilizar las perovskitas como células solares versátiles o como LED de colores, que son esencialmente células solares que funcionan a la inversa ".

    En el estudio, los investigadores alteraron la composición química de las capas de perovskita agregando yoduro de potasio a las tintas de perovskita, que luego se autoensamblan en películas delgadas. La técnica es compatible con los procesos de rollo a rollo, lo que significa que es escalable y económico. El yoduro de potasio formó una capa 'decorativa' en la parte superior de la perovskita que tuvo el efecto de 'curar' las trampas para que los electrones pudieran moverse más libremente. además de inmovilizar el movimiento iónico, lo que hace que el material sea más estable en la banda prohibida deseada.

    Los investigadores demostraron un rendimiento prometedor con las bandas prohibidas de perovskita ideales para colocar en capas sobre una célula solar de silicio o con otra capa de perovskita, las llamadas células solares en tándem. Las células solares en tándem de silicio son la primera aplicación generalizada más probable de perovskitas. Añadiendo una capa de perovskita, la luz se puede recolectar de manera más eficiente de una gama más amplia del espectro solar.

    "El potasio estabiliza las bandas prohibidas de perovskita que queremos para las células solares en tándem y las hace más luminiscentes, lo que significa células solares más eficientes, "dijo Stranks, cuya investigación está financiada por la Unión Europea y el Programa Horizonte 2020 del Consejo Europeo de Investigación. "Maneja casi por completo los iones y defectos en perovskitas".

    "Hemos descubierto que las perovskitas son muy tolerantes a los aditivos; puede agregar nuevos componentes y funcionarán mejor, "dijo el primer autor Mojtaba Abdi-Jalebi, un candidato a doctorado en el Laboratorio Cavendish que está financiado por Nava Technology Limited. "A diferencia de otras tecnologías fotovoltaicas, no necesitamos agregar una capa adicional para mejorar el rendimiento, el aditivo simplemente se mezcla con la tinta de perovskita ".

    Los dispositivos de perovskita y potasio mostraron buena estabilidad en las pruebas, y tenían un 21,5% de eficiencia en la conversión de luz en electricidad, que es similar a las mejores células solares basadas en perovskita y no muy por debajo del límite de eficiencia práctica de las células solares basadas en silicio, que es (29%). Las celdas en tándem hechas de dos capas de perovskita con bandgaps ideales tienen un límite de eficiencia teórico del 45% y un límite práctico del 35%, los cuales son más altos que los límites de eficiencia práctica actuales para el silicio. "Obtienes más poder por tu dinero, "dijo Stranks.


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