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  • Investigadores trazan el camino hacia células solares flexibles más baratas

    Un investigador de Georgia Tech sostiene una celda solar a base de perovskita, que es flexible y más ligero que las versiones basadas en silicona. Crédito:Rob Felt, Georgia Tech

    Hay muchas cosas que me gustan de las células solares basadas en perovskita. Son simples y baratos de producir, ofrecen flexibilidad que podría desbloquear una amplia gama de nuevos métodos y lugares de instalación, y en los últimos años han alcanzado eficiencias energéticas cercanas a las de las células tradicionales basadas en silicio.

    Pero descubrir cómo producir dispositivos de energía basados ​​en perovskita que duren más de un par de meses ha sido un desafío.

    Ahora, investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, La Universidad de California en San Diego y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han informado nuevos hallazgos sobre las células solares de perovskita que podrían abrir el camino hacia dispositivos que funcionen mejor.

    "Las células solares de perovskita ofrecen muchas ventajas potenciales porque son extremadamente ligeras y pueden fabricarse con sustratos plásticos flexibles, "dijo Juan-Pablo Correa-Baena, profesor asistente en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Georgia Tech. "Para poder competir en el mercado con células solares basadas en silicio, sin embargo, necesitan ser más eficientes ".

    En un estudio que se publicó el 8 de febrero en la revista Ciencias y fue patrocinado por el Departamento de Energía de EE. UU. y la Fundación Nacional de Ciencias, los investigadores describieron con mayor detalle los mecanismos de cómo la adición de metales alcalinos a las perovskitas tradicionales conduce a un mejor rendimiento.

    "Las perovskitas realmente podrían cambiar el juego en la energía solar, "dijo David Fenning, profesor de nanoingeniería en la Universidad de California en San Diego. "Tienen el potencial de reducir costos sin renunciar al rendimiento. Pero todavía hay mucho que aprender fundamentalmente sobre estos materiales".

    Para entender los cristales de perovskita, es útil pensar en su estructura cristalina como una tríada. Una parte de la tríada se forma típicamente a partir del elemento plomo. El segundo se compone típicamente de un componente orgánico como metilamonio, y el tercero a menudo se compone de otros haluros como bromo y yodo.

    En años recientes, los investigadores se han centrado en probar diferentes recetas para lograr una mayor eficiencia, como agregar yodo y bromo al componente de plomo de la estructura. Más tarde, intentaron sustituir cesio y rubidio por la parte de la perovskita típicamente ocupada por moléculas orgánicas.

    "Sabíamos por un trabajo anterior que la adición de cesio y rubidio a una perovskita de plomo mixta de bromo y yodo conduce a una mejor estabilidad y un mayor rendimiento, Dijo Correa-Baena.

    Un investigador de Georgia Tech sostiene una celda solar a base de perovskita, que es flexible y más ligero que las versiones basadas en silicona. Crédito:Rob Felt, Georgia Tech

    Pero se sabía poco acerca de por qué la adición de esos metales alcalinos mejoraba el rendimiento de las perovskitas.

    Para entender exactamente por qué parecía funcionar, los investigadores utilizaron un mapeo de rayos X de alta intensidad para examinar las perovskitas a nanoescala.

    "Al observar la composición dentro del material de perovskita, podemos ver cómo cada elemento individual juega un papel en la mejora del rendimiento del dispositivo, "dijo Yanqi (Grace) Luo, un doctorado en nanoingeniería estudiante de UC San Diego.

    Descubrieron que cuando se añadían cesio y rubidio a la perovskita de plomo mixta de bromo y yodo, Hizo que el bromo y el yodo se mezclaran de manera más homogénea, resultando en una eficiencia de conversión hasta un 2 por ciento más alta que los materiales sin estos aditivos.

    "Descubrimos que la uniformidad en la química y la estructura es lo que ayuda a que una célula solar de perovskita funcione en su máximo potencial, ", Dijo Fenning." Cualquier heterogeneidad en esa columna vertebral es como un eslabón débil en la cadena ".

    Aún así, Los investigadores también observaron que si bien la adición de rubidio o cesio hacía que el bromo y el yodo se volvieran más homogéneos, los propios haluros metálicos dentro de su propio catión permanecieron bastante agrupados, creando "zonas muertas" inactivas en la célula solar que no producen corriente.

    "Esto fue sorprendente, "Dijo Fenning." Tener estas zonas muertas normalmente mataría a una célula solar. En otros materiales, actúan como agujeros negros que succionan electrones de otras regiones y nunca los dejan ir, por lo que pierde corriente y voltaje.

    "Pero en estas perovskitas, vimos que las zonas muertas alrededor del rubidio y el cesio no eran demasiado perjudiciales para el rendimiento de las células solares, aunque hubo alguna pérdida actual, ", Dijo Fenning. Esto muestra cuán robustos son estos materiales, pero también que hay aún más oportunidades de mejora".

    Los hallazgos se suman a la comprensión de cómo funcionan los dispositivos basados ​​en perovskita a nanoescala y podrían sentar las bases para futuras mejoras.

    "Estos materiales prometen ser muy rentables y de alto rendimiento, que es más o menos lo que necesitamos para asegurarnos de que los paneles fotovoltaicos se implementen ampliamente, ", Dijo Correa-Baena." Queremos tratar de compensar los problemas del cambio climático, así que la idea es tener células fotovoltaicas que sean lo más baratas posible ".


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