Un nuevo estudio revela buenas noticias sobre la posibilidad de utilizar materiales de perovskita en células solares de próxima generación.

El estudio, publicado en la revista Acta Materialia , encuentra que aunque las películas de perovskita tienden a agrietarse con facilidad, esas grietas se curan fácilmente con un poco de compresión o un poco de calor. Eso es un buen augurio los investigadores dicen, para el uso de perovskitas de bajo costo para reemplazar o complementar el caro silicio en las tecnologías de células solares.

"La eficiencia de las células solares de perovskita ha crecido muy rápidamente y ahora rivaliza con el silicio en las células de laboratorio, "dijo Nitin Padture, el profesor Otis E. Randall en la Escuela de Ingeniería de Brown y director del Instituto de Brown para la Innovación Molecular y Nanoescala. "Todo el mundo persigue una alta eficiencia, lo cual es importante, pero también debemos pensar en aspectos como la durabilidad a largo plazo y la confiabilidad mecánica si queremos llevar esta tecnología de células solares al mercado. De eso se trata esta investigación ".

Perovskitas, una amplia clase de materiales cristalinos, se incorporaron por primera vez a las células solares en 2009. Esas primeras células solares de perovskita tenían una eficiencia de conversión de energía de alrededor del 4%, pero ahora eso supera el 25%, esencialmente lo mismo que el silicio tradicional. La ventaja de las células solares de perovskita es que pueden fabricarse por una fracción del costo del silicio, potencialmente reduciendo el costo de las instalaciones de energía solar. Las perovskitas también se pueden convertir en películas delgadas que son semitransparentes y flexibles, potencialmente despejando el camino para ventanas generadoras de energía o para ventanas ligeras, células solares flexibles en tiendas de campaña o mochilas.

Pero el bajo costo y la facilidad de fabricar células solares de perovskita tienen un costo.

"En la ciencia de los materiales, las cosas que son fáciles de hacer también tienden a ser fáciles de romper, ", dijo Padture, quien dirigió el estudio." Eso es ciertamente cierto para las perovskitas, que son bastante frágiles. Pero aquí mostramos que también son bastante fáciles de arreglar:las grietas en las películas de perovskita se pueden curar comprimiéndolas o con calor moderado ".

Para el estudio, Srinivas Yadavalli, un estudiante de doctorado que trabaja en el laboratorio de Padture y el primer autor del artículo, deposita películas de perovskita sobre sustratos plásticos. Luego dobló el sustrato para aplicar tensión de tracción (separación) en la película de perovskita mientras usaba un microscopio electrónico de barrido (SEM) para detectar grietas. Una vez que se rompió la película, Luego, los investigadores doblaron el sustrato en la dirección opuesta para ver si la tensión de compresión podría curar esas grietas.

Bastante seguro, Las imágenes SEM mostraron que las grietas habían desaparecido. Para asegurarse de que las grietas estén completamente curadas y no simplemente ocultas, los investigadores utilizaron una técnica conocida como difracción de rayos X. Midiendo el tamaño de la red atómica de un material, la técnica puede revelar si un área que antes estaba agrietada ahora puede soportar una carga mecánica, una señal infalible de que la grieta ha sanado. Esas pruebas también indicaron grietas completamente curadas.

Los investigadores encontraron que el calor era igual de efectivo para curar las grietas. Temperaturas de alrededor de 100 grados Celsius, un calentamiento bastante modesto según los estándares de la ciencia de los materiales, fueron suficientes para curar completamente las grietas en las películas de perovskita.

Padture dice que la investigación tenía como objetivo comprender mejor las propiedades básicas de los materiales de perovskita, y se necesita trabajar más para desarrollar métodos de aplicar esta información en un entorno comercial. Pero saber que las películas de perovskita se curan fácilmente podría ser útil a medida que este tipo de células solares avanza hacia la comercialización.

"Son buenas noticias, "Sugiere Padture. Sugiere que métodos de curación bastante simples pueden ayudar a mantener el rendimiento en este tipo de células solares".