Las células solares hechas de perovskita son muy prometedoras para el futuro de la energía solar. El material es barato, fácil de producir y casi tan eficiente como el silicio, el material utilizado tradicionalmente en las células solares. Sin embargo, perovskita se degrada rápidamente, limitando severamente su eficiencia y estabilidad en el tiempo. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, instituto de investigación energética DIFFER, La Universidad de Pekín y la Universidad de Twente han descubierto que agregar una pequeña cantidad de fluoruro a la perovskita deja una capa protectora, aumentando significativamente la estabilidad de los materiales y las células solares. Las células solares retienen el 90 por ciento de su eficiencia después de 1000 horas de funcionamiento en diversas condiciones de prueba extremas. Los hallazgos se publican hoy en la principal revista científica. Energía de la naturaleza .

Porque son tan baratos de hacer, Las células solares de perovskita han estado en el centro de gran parte de la investigación solar reciente. Como consecuencia, su eficiencia ha aumentado de menos del 4 por ciento en 2009 a más del 24 por ciento en la actualidad, que está cerca de las células de silicio tradicionales. Las llamadas células en tándem, que combinan células de silicio y perovskita, lograr una eficiencia de más del 28 por ciento.

A pesar de este éxito, perovskita tiene varios defectos debido a la naturaleza del material y la forma en que se fabrica. Tiempo extraordinario, las vacantes en la estructura atómica del haluro metálico desencadenan la degradación de la perovskita bajo la influencia de la humedad, luz y calor.

Capa protectora

Los investigadores de Eindhoven, Twente y Beijing han experimentado con un nuevo tipo de perovskita, agregando una pequeña cantidad de fluoruro en el proceso de producción. Al igual que el flúor en la pasta de dientes, los iones de fluoruro forman una capa protectora alrededor del cristal, Previniendo la difusión de los defectos dañinos.

"Nuestro trabajo ha mejorado considerablemente la estabilidad de las células solares de perovskita, "dice Shuxia Tao, profesor asistente en el Centro de Investigación de Energía Computacional, un centro conjunto del Departamento de Física Aplicada de TU / e y DIFFER, y coautor del artículo. "Nuestras células mantienen el 90 por ciento de su eficiencia después de 1000 horas en condiciones extremas de luz y calor. Esto es muchas veces más largo que los compuestos tradicionales de perovskita. Logramos una eficiencia del 21,3 por ciento, lo cual es un muy buen punto de partida para lograr mayores ganancias de eficiencia ".

Debido a su alta eletronegatividad, El fluoruro estabiliza la red de perovskita formando fuertes enlaces de hidrógeno y enlaces iónicos en la superficie del material.

Gran parte del trabajo del equipo de Eindhoven se ha dedicado a explicar por qué el fluoruro es un ingrediente tan eficaz en comparación con otros halógenos. Utilizando simulaciones por computadora, concluyen que parte de su éxito se debe al pequeño tamaño y la alta electronegatividad de los iones de fluoruro. Cuanto mayor es la electronegatividad de un elemento, más fácil atrae electrones de elementos vecinos. Esto ayuda a los iones de fluoruro a formar enlaces fuertes con los otros elementos del compuesto de perovskita, formando una capa protectora estable.

Investigación futura

El estudio se considera un paso importante hacia la implementación exitosa de las células solares de perovskita en el futuro. Sin embargo, Queda mucho trabajo por hacer. El estándar de oro en la industria solar es una tasa de retención de al menos el 85 por ciento de la eficiencia original después de diez a quince años. un estándar que todavía está un poco lejos para las células de perovskita.

"Esperamos que pasen otros cinco a diez años para que estas células se conviertan en un producto comercialmente viable. No solo necesitamos mejorar aún más su eficiencia y estabilidad, también necesitamos obtener una mejor comprensión teórica de los mecanismos relevantes a escala atómica. Todavía no tenemos todas las respuestas de por qué algunos materiales son más efectivos que otros para aumentar la estabilidad a largo plazo de estas células. "dice Tao.