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  • Por qué los nanotubos de carbono modificados pueden ayudar al problema de la reproducibilidad

    La eficiencia de conversión de energía inicial (PCE) se disparó después del almacenamiento a largo plazo debido al proceso de auto-recristalización que experimenta la perovskita cuando se almacena en la oscuridad. Se observó una conductividad mucho más alta y una resistencia más baja para la perovskita cubierta con nanotubos de carbono (CNT) con grupos funcionales que contienen oxígeno. Crédito:Tecnología de Tokio

    La búsqueda de tecnología de generación de energía sostenible ha llevado a los investigadores a investigar varios materiales y sus combinaciones en muchos tipos de dispositivos. Uno de esos materiales sintéticos, perovskita, es de bajo costo y fácil de producir, y se puede utilizar en células solares. Las células solares de perovskita han atraído mucha atención debido a su eficiencia de conversión de energía (es decir, su eficiencia para convertir la luz solar en electricidad) ha experimentado mejoras dramáticas en los últimos años. Sin embargo, ha resultado difícil implementarlos para la generación de energía a gran escala debido a un puñado de problemas.

    Un problema al que se enfrentan las células solares de perovskita es la reproducibilidad. Esto significa que es difícil crear consistentemente capas de cristal de perovskita libres de defectos y agujeros, lo que significa que siempre es probable que se produzcan desviaciones de los valores de diseño, que reducen su eficiencia. En el lado brillante, Los investigadores han descubierto que la eficiencia de estas células se puede aumentar combinando perovskita con nanotubos de carbono (CNT). El mecanismo por el cual los CNT y la perovskita se unen y cómo esto afecta el rendimiento de las células solares de perovskita de CNT no se ha estudiado en profundidad. En particular, la capacidad de los CNT puros para unirse a la perovskita no es muy buena, y esto podría comprometer las propiedades estructurales y de conducción en la interfaz de ambos materiales.

    Un equipo de Tokyo Tech dirigido por la profesora Keiko Waki ​​llevó a cabo una serie de experimentos con células solares de perovskita combinadas con diferentes tipos de CNT en un intento por mejorar su rendimiento y estabilidad y comprender los mecanismos subyacentes. No solo utilizaron CNT puros, pero también CNT que tienen "grupos funcionales que contienen oxígeno" en su estructura, que se sabe que fortalecen la interacción entre los CNT y la perovskita, resultando en mejores interfaces y mejorando la cristalización de perovskita.

    Esta investigación consistió en varios experimentos que proporcionaron información sobre muchos aspectos de las interacciones CNT-perovskita. Primero, demostraron el rendimiento eléctrico superior de las células con CNT funcionalizados sobre aquellas con CNT puros y encontraron evidencia que apoya que se producen cristales más grandes y menos defectos superficiales cuando se utilizan CNT funcionalizados. Luego, el equipo infirió que la perovskita en las células se sometería a un proceso de recristalización si se almacena en la oscuridad, y que la presencia de los grupos funcionales en CNT tendría un efecto significativo en este proceso. Esto se confirmó almacenando las células durante más de dos meses y midiendo posteriormente sus características eléctricas (Fig. 1).

    "Hemos descubierto la capacidad de auto-recristalización de la perovskita a temperatura ambiente, cuya morfología mejoró mucho después de un almacenamiento prolongado. Sin embargo, el resultado más interesante fue la capacidad de los CNT funcionalizados para hacer uso de la naturaleza de auto-recristalización para formar una unión más fuerte entre la perovskita y los CNT a través de la reconstrucción, "dice el profesor Waki. En particular, los CNT funcionalizados mejoraron enormemente el contacto entre los dos materiales y los grupos funcionales sirvieron como protección contra los ataques de la humedad en la perovskita, permitiendo que la auto-recristalización y la reconstrucción de la interfase continúen sin una degradación perceptible. El equipo de investigación también descubrió que el proceso de recristalización podría acelerarse inmensamente sometiendo constantemente las células solares a mediciones frecuentes. pero esto finalmente afectó su estabilidad y los degradó.

    Estos estudios en profundidad sobre las células solares de perovskita y las formas de mejorarlas son muy valiosos porque nos acercan a nuevas fuentes de energía limpia. "Esperamos que este estudio contribuya a la producción de perovskitas con mayor estabilidad y reproducibilidad, ", concluye el profesor Waki. Estos hallazgos servirán como otro trampolín para que podamos ver las células solares de perovskita como una tecnología clave para preservar nuestro planeta.


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