en su fase amarilla, los cristales son muy suaves, comparable a un plato de gelatina. Crédito:cMACS
Un estudio dirigido por KU Leuven por primera vez explica cómo se puede estabilizar un tipo prometedor de perovskitas, cristales artificiales que pueden convertir la luz solar en electricidad. Como resultado, los cristales se vuelven negros, permitiéndoles absorber la luz solar. Esto es necesario para poder utilizarlos en nuevos paneles solares que sean fáciles de fabricar y altamente eficientes. El estudio fue publicado en Ciencias .
Las perovskitas son materiales semiconductores que tienen muchas aplicaciones. Muestran una promesa particular en la recolección de energía solar. En la actualidad, la mayoría de las células solares están hechas con cristales de silicio, un material relativamente sencillo y eficaz de procesar para este propósito. Sin embargo, Los dispositivos basados en perovskita ofrecen mayores eficiencias de conversión que el silicio. El único problema:algunas de las perovskitas más prometedoras, a saber, triyoduro de cesio y plomo (CsPbI 3 ), son muy inestables a temperatura ambiente. Bajo estas condiciones, tienen un color amarillo, ya que los átomos del cristal no forman una estructura de perovskita. Para que los cristales absorban la luz solar de manera eficiente y la conviertan en electricidad, deberían estar en negro, estado de perovskita y permanecer así.
"El silicio forma un cristal rígido. Si lo presionas, no cambiará su forma. Por otra parte, las perovskitas son mucho más suaves y maleables, "explica el Dr. Julian Steele del KU Leuven Center for Membrane Separations, Adsorción, Catálisis, y espectroscopia para soluciones sostenibles (cMACS). "Podemos estabilizarlos en diversas condiciones de laboratorio, pero a temperatura ambiente, los átomos de perovskita negra realmente quieren reorganizarse, cambiar la estructura, y finalmente convertir el cristal en amarillo ".
Junto con un equipo internacional de científicos, Steele descubrió que al unir una película delgada de células solares de perovskita a una hoja de vidrio, las células pueden obtener y mantener su estado negro deseado. La película delgada se calienta a una temperatura de 330 grados Celsius, haciendo que las perovskitas se expandan y se adhieran al vidrio. Después de calentar, la película se enfría rápidamente a temperatura ambiente. Este proceso fija los átomos en los cristales, restringiendo su movimiento, para que permanezcan en la forma negra deseada.
en su estado negro, los átomos del cristal se han reorganizado. Su color negro les permite absorber de forma óptima la luz solar. Crédito:cMACS
"Hay tres pilares que determinan la calidad de las células solares:precio, estabilidad, y rendimiento. Las perovskitas obtienen un alto puntaje en rendimiento y precio, pero su estabilidad sigue siendo un problema importante, "dice Steele. Los científicos ya habían estado observando durante varios años que las perovskitas pueden retener su negrura después del calentamiento, pero aún no estaba claro por qué. "En nuestro estudio, elegimos CsPbI 3 porque su rendimiento es muy alto, "Steel explica". Además, es uno de los tipos de perovskitas más inestables, lo que significa que es sensible al método que describimos, y debería traducirse en otras perovskitas inestables ".
Gran parte de los datos utilizados en el estudio se recopilaron en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón. Para comprender las observaciones experimentales a escala molecular, colegas del Centro de Modelado Molecular (CMM) de la Universidad de Gante apoyaron el hallazgo con simulaciones teóricas de las fases negra y amarilla de las perovskitas. Los resultados computacionales fueron necesarios para racionalizar por qué la fase negra se estabiliza al fijarla como una película delgada a un sustrato de vidrio.
Cómo se lleva a cabo exactamente la vinculación, sigue siendo un misterio, aunque hay hipótesis. "Normalmente, cogeríamos un microscopio con resolución atómica y echaríamos un vistazo directamente. Sin embargo, eso es imposible con perovskitas, ya que son difíciles de observar con un instrumento de imágenes de tan alta resolución, ya que son tan suaves y propensos a desmoronarse bajo la energía relativamente alta de las sondas comunes ".
"Comprender cómo funciona este mecanismo ayudará a que se realicen más investigaciones para finalmente desarrollar paneles solares que utilicen cristales de perovskita pura," ", Dice Steele." Dado que el nivel de entrada para el procesamiento de células solares basadas en perovskita es relativamente bajo, pueden ser muy beneficiosos para las personas en los países en desarrollo que operan en una infraestructura más limitada ". Además, las perovskitas se pueden utilizar en LED, sensores fotoeléctricos, transistores, Detectores de rayos X y más.
