Con la eficiencia de conversión de energía de las células solares de silicio en una meseta de alrededor del 25%, Las perovskitas están ahora en una posición ideal para convertirse en la próxima generación de energía fotovoltaica del mercado. En particular, Las perovskitas de haluro de plomo orgánico-inorgánico ofrecen una versatilidad de fabricación que potencialmente puede traducirse en una eficiencia mucho mayor:los estudios ya han demostrado rendimientos fotovoltaicos superiores al 20% en diferentes arquitecturas de células solares construidas con procesos simples y de bajo costo.

El principal desafío para el campo de la perovskita no es tanto la eficiencia como la estabilidad. A diferencia de las células de silicio, Las perovskitas son materiales cristalinos blandos y propensos a problemas debido a la descomposición con el tiempo. En un contexto comercial, esto coloca a las perovskitas en un precio más alto que las células de silicio convencionales.

Por lo tanto, se han realizado muchos esfuerzos para sintetizar materiales de perovskita que puedan mantener una alta eficiencia a lo largo del tiempo. Esto se hace mediante la introducción de diferentes cationes (iones cargados positivamente) en la estructura cristalina de la perovskita. Aunque se ha informado de éxito al mezclar cationes inorgánicos como cesio o rubidio en la composición de perovskita, estas soluciones tienden a ser difíciles y costosas de implementar.

Mientras tanto, Hasta ahora no se han encontrado cationes orgánicos, y más fáciles de sintetizar, que puedan mejorar tanto la eficiencia como la estabilidad. Ahora, el laboratorio de Mohammad Khaja Nazeeruddin en EPFL Valais Wallis, con compañeros de la Universidad de Córdoba, ha descubierto que pueden mejorar la estabilidad de la perovskita al introducir el gran catión orgánico guanidinio (CH6N3 +) en perovskitas de yoduro de plomo y metilamonio, que se encuentran entre las alternativas más prometedoras del grupo en la actualidad.

Los científicos muestran que el catión guanidinio se inserta en la estructura cristalina de la perovskita y mejora la estabilidad térmica y ambiental general del material. superando lo que se conoce en el campo como el "límite del factor de tolerancia de Goldschmidt". Este es un indicador de la estabilidad de un cristal de perovskita, que describe cuán compatible es un ion en particular con él. Un factor de tolerancia ideal de Goldschmidt debe ser inferior o igual a 1; guanidinium's es solo 1.03.

El estudio encontró que la adición de guanidinio mejoró significativamente la estabilidad del material de la perovskita mientras proporciona una eficiencia de conversión de energía promedio superior al 19% (19,2 ± 0,4%) y estabiliza este rendimiento durante 1000 horas bajo iluminación de luz continua. que es una prueba de laboratorio estándar para medir la eficiencia de los materiales fotovoltaicos. Los científicos estiman que esto corresponde a 1333 días (o 3,7 años) de uso en el mundo real; esto se basa en criterios estándar utilizados en el campo.

El profesor Nazeeruddin explica:"Tomando un factor de aceleración estándar de 2 por cada diez grados de aumento de temperatura, Se estima un factor de aceleración de 8 para 55 ° C en lugar de 25 ° C grados. Por lo tanto, el equivalente de 1000 horas a 55 ° C serían 8000 horas. Nuestras células fueron sometidas a 60 ° C, por lo tanto, los números podrían ser aún mayores. Suponiendo el equivalente a 6 horas de pleno sol / día, o irradiancia media 250Wm-2 (equivalente a África del Norte) el número total de días es 1333, equivale a 44,4 meses y 3,7 años de estabilidad. Sin embargo, para la acreditación estándar de células solares también se requiere una serie de pruebas de estrés que incluyen ciclos de temperatura y calor húmedo ".

"Este es un paso fundamental dentro del campo de la perovskita, ", dice Nazeeruddin." Ofrece un nuevo paradigma en el diseño de perovskita, ya que más exploraciones más allá del límite del factor de tolerancia podrían prevalecer para las mezclas catiónicas mientras se conserva una estructura 3D con estabilidad mejorada a través de un mayor número de enlaces H dentro del marco inorgánico - un problema que nosotros ahora están cerca de resolver ".