Una nueva visión de cómo una determinada clase de materiales fotovoltaicos permite la conversión eficiente de la luz solar en electricidad podría configurar estos materiales para reemplazar las células solares de silicio tradicionales. Un estudio realizado por investigadores de Penn State revela las propiedades únicas de estas perovskitas de haluro económicas y rápidas de producir. información que guiará el desarrollo de células solares de próxima generación. El estudio aparece el 27 de septiembre en la revista Chem .

"Desde el desarrollo de las células solares de silicio, que hoy se puede encontrar en tejados y bordes de carreteras, Los investigadores han buscado nuevos tipos de materiales fotovoltaicos que sean más fáciles de procesar en células solares. "dijo John Asbury, profesor asociado de química en Penn State y autor principal del estudio. "Esto se debe a que la construcción de células solares de silicio es compleja y difícil de escalar al nivel que se necesitaría para generar incluso el 10 por ciento de nuestra demanda total de electricidad".

Debido a estas complicaciones, Los investigadores han estado buscando alternativas menos costosas a las células solares de silicio que puedan procesarse más rápidamente. Están particularmente interesados ​​en materiales que se pueden procesar mediante una técnica llamada fabricación de rollo a rollo, una técnica similar a las que se utilizan para imprimir periódicos que permite producción de alto volumen. Dichos materiales deben procesarse a partir de la solución, como tinta impresa en una página.

"Después de cuarenta años de intensa investigación para este tipo de materiales, nada se ha acercado al silicio, excepto una clase interesante de materiales conocidos como perovskitas de haluro, ", dijo Asbury." Las perovskitas de haluro parecen tener una tolerancia única para las imperfecciones en sus estructuras que les permiten convertir eficientemente la luz solar en electricidad cuando otros materiales con imperfecciones similares no lo hacen ".

¿Qué hace que las perovskitas de haluro sean tan tolerantes con las imperfecciones? sin embargo, era desconocido antes de este estudio. Los investigadores utilizaron tecnología de imágenes infrarrojas ultrarrápidas para investigar cómo la estructura y composición de estos materiales influyen en su capacidad para convertir la luz solar en electricidad.

Los investigadores determinaron que las perovskitas de haluro tienen una capacidad única para mantener su estructura cristalina incluso cuando los átomos en sus cristales experimentan un movimiento vibratorio inusualmente a gran escala. Todos los materiales experimentan un movimiento vibratorio de sus átomos, que normalmente se suprime haciendo que los cristales de los materiales sean muy duros, como el silicio, de modo que sus átomos se mantengan rígidamente en su lugar. Pero, según el estudio actual, perovskitas de haluro son muy suaves, lo que permite que sus átomos se muevan y contribuye a su notable eficiencia.

"Lo que es interesante es que estos movimientos atómicos a gran escala suelen conducir a una pérdida de estructura cristalina en otros materiales, creando imperfecciones que drenan la energía del estado excitado, "dijo Asbury." Pero con perovskitas de haluro, los investigadores pueden sustituir químicamente átomos cargados electrónicamente en el material para ajustar las amplitudes de tales movimientos de escala atómica. Esto nos permitirá mejorar el rendimiento y la estabilidad de los materiales de perovskita de haluro.

"En la actualidad, las perovskitas de haluro a menudo contienen elementos tóxicos como el plomo y aún no son tan estables como deberían ser para reemplazar las células solares de silicio, ", dijo Asbury." Los conocimientos de este estudio nos permitirán crear reglas para diseñar nuevas perovskitas de haluro utilizando el procesamiento de rollo a rollo. Esto guiará el desarrollo de materiales de perovskita de próxima generación que sean más estables y que contengan elementos menos tóxicos como estaño en lugar de plomo ".