Investigadores de la Universidad del Norte de Illinois y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) en Golden, Colorado, están informando hoy (19 de febrero) en la revista Naturaleza sobre un avance potencial en el desarrollo de células solares híbridas de perovskita.

Consideradas estrellas en ascenso en el campo de la energía solar, Las células solares de perovskita convierten la luz en electricidad. Son potencialmente más baratas y sencillas de producir que las células solares tradicionales basadas en silicio y, a pequeña escala en entornos de laboratorio al menos, han demostrado niveles de eficiencia comparables. Pero quedan desafíos clave antes de que puedan convertirse en una tecnología comercial competitiva.

Un desafío importante es el uso de plomo. La mayoría de las células solares de perovskita híbridas de alto rendimiento contienen plomo soluble en agua, planteando preocupaciones sobre posibles fugas de células dañadas.

Dirigido por Tao Xu de NIU y Kai Zhu de NREL, Un equipo de científicos ha desarrollado una técnica para secuestrar el plomo utilizado para fabricar células solares de perovskita y minimizar las posibles fugas tóxicas aplicando películas absorbentes de plomo en la parte delantera y trasera de la célula solar.

"El problema de la toxicidad del plomo ha sido uno de los más desconcertantes, desafíos de última milla en el campo de las células solares de perovskita, "dijo Xu, profesor de química de NIU. "Creemos que tenemos un remedio muy prometedor para este problema, y ​​podría cambiar las reglas del juego.

"En el caso de una célula dañada, nuestro dispositivo captura la mayor parte del plomo, evitando que se filtre a las aguas subterráneas y al suelo. Las películas que usamos son insolubles en agua ".

En condiciones de daño severo de las células solares en un entorno de laboratorio, las películas absorbentes de plomo secuestraron el 96% de las fugas de plomo, dijeron los científicos. Sus experimentos indican además que las capas absorbentes de plomo no impactan negativamente en el rendimiento de la celda ni en la estabilidad operativa a largo plazo.

Las células solares de perovskita se llaman así porque utilizan una clase de estructuras cristalinas similares a las que se encuentran en el mineral conocido como perovskita. El compuesto con estructura de perovskita dentro de estas células solares es más comúnmente un material híbrido a base de haluro de plomo orgánico-inorgánico.

Los científicos comenzaron a estudiar estas estructuras cristalinas para su uso en células solares hace solo una década y han aumentado rápidamente su eficiencia de conversión de energía solar. Mientras que las células solares de silicio tradicionales se producen con procesos precisos que utilizan altas temperaturas, Las perovskitas se pueden fabricar utilizando soluciones químicas a temperatura ambiente.

El "enfoque de secuestro en el dispositivo" desarrollado recientemente se puede incorporar fácilmente con las configuraciones actuales de células solares de perovskita, Dijo Xu.

Se aplica una película transparente absorbente de plomo a un vidrio conductor en la parte frontal de la celda solar. La película de secuestro contiene fuertes grupos de ácido fosfónico que se unen al plomo, pero no impide la captura de luz por parte de las células. Se utiliza una película de polímero menos costosa mezclada con agentes quelantes de plomo en el electrodo de metal posterior, que no necesita transparencia.

"Los materiales están listos para usar, pero nunca se usaron para este propósito, "Xu dijo." La luz debe entrar en la celda para ser absorbida por la capa de perovskita, y la película de la parte frontal actúa realmente como un agente antirreflectante, mejorando la transparencia solo un poco ".

Las pruebas de fuga de plomo incluyeron martillar y romper el cristal frontal de las celdas de 2,5 x 2,5 cm, y rascando la parte trasera de las células solares con una cuchilla de afeitar, antes de sumergirlos en agua. Las películas pueden absorber la gran mayoría del plomo en las células gravemente dañadas debido a la entrada de agua.

"Vale la pena señalar que el enfoque de secuestro de plomo demostrado también es aplicable a otras tecnologías basadas en perovskita, como la iluminación de estado sólido, aplicaciones de pantalla y sensor, "dijo Zhu, un científico senior en NREL.