Para minimizar la pérdida de electrones de CsPbI3 (rojo, capa central) en capas adyacentes, es importante que los niveles de energía (eV, en el gráfico) de todas las capas son similares. Crédito:OIST
El silicio domina los productos de energía solar:es estable, barato y eficiente para convertir la luz solar en electricidad. Cualquier material nuevo que adopte silicio debe competir y ganar por esos motivos. Como resultado de una colaboración de investigación internacional, Universidad Jiao Tong de Shanghai, la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), y la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) han encontrado un material estable que genera electricidad de manera eficiente, lo que podría desafiar la hegemonía del silicio.
Escribiendo en Ciencias , los equipos colaboradores muestran cómo el material CsPbI 3 se ha estabilizado en una nueva configuración capaz de alcanzar altas eficiencias de conversión. CsPbI 3 es una perovskita inorgánica, un grupo de materiales que está ganando popularidad en el mundo solar debido a su alta eficiencia y bajo costo. Esta configuración es digna de mención ya que la estabilización de estos materiales ha sido históricamente un desafío.
"Estamos satisfechos con los resultados que sugieren que CsPbI 3 puede competir con materiales líderes en la industria, "dice el profesor Yabing Qi, jefe de la Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de Superficies de la OIST, quien dirigió el aspecto científico superficial del estudio.
"A partir de este resultado preliminar, ahora trabajaremos para impulsar la estabilidad del material y las perspectivas comerciales".
Alineación del nivel de energía
CsPbI 3 se estudia a menudo en su fase alfa, una configuración bien conocida de la estructura cristalina, apropiadamente conocida como fase oscura debido a su color negro. Esta fase es particularmente buena para absorber la luz solar. Desafortunadamente, también es inestable, y la estructura se degrada rápidamente a una forma amarillenta, menos capaz de absorber la luz solar.
En cambio, este estudio exploró el cristal en su fase beta, una disposición menos conocida de la estructura que es más estable que su fase alfa. Si bien esta estructura es más estable, muestra una eficiencia de conversión de energía relativamente baja.
Esta baja eficiencia se debe en parte a las grietas que a menudo surgen en las células solares de película delgada. Estas grietas inducen la pérdida de electrones hacia las capas adyacentes de la célula solar, electrones que ya no pueden fluir como electricidad. El equipo trató el material con una solución de yoduro de colina para curar estas grietas. y esta solución también optimizó la interfaz entre capas en la celda solar, conocido como alineación del nivel de energía.
"Los electrones fluyen naturalmente hacia materiales con menor energía potencial para los electrones, por lo que es importante que los niveles de energía de las capas adyacentes sean similares a CsPbI 3 , "dice el Dr. Luis K. Ono, un coautor del laboratorio del profesor Qi. "Esta sinergia entre capas da como resultado que se pierdan menos electrones y se genere más electricidad".
El equipo de OIST, apoyado por el Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico de OIST, utilizó espectroscopía de fotoemisión ultravioleta para investigar la alineación del nivel de energía entre CsPbI 3 y las capas adyacentes. Estos datos mostraron cómo los electrones pueden moverse libremente a través de las diferentes capas, generar electricidad.
Los resultados mostraron una baja pérdida de electrones en las capas adyacentes después del tratamiento con yoduro de colina, debido a una mejor alineación del nivel de energía entre las capas. Reparando las grietas que emergen naturalmente, este tratamiento condujo a un aumento en la eficiencia de conversión del 15 por ciento al 18 por ciento.
Si bien ese salto puede parecer pequeño, trae CsPbI 3 en el ámbito de la eficiencia certificada, los valores competitivos que ofrecen los materiales solares rivales. Aunque este resultado inicial es prometedor, la perovskita inorgánica todavía está rezagada. Para CsPbI 3 para competir verdaderamente con el silicio, A continuación, el equipo trabajará en la trinidad de factores que permiten que continúe el reinado del silicio:estabilidad, costo, y eficiencia.
