Células fotovoltaicas (PV), que puede generar energía del sol, podría resultar muy útil para afrontar la actual crisis medioambiental. Células fotovoltaicas de perovskita, células hechas de semiconductores de perovskita de halogenuros metálicos, recientemente han demostrado ser particularmente prometedoras, dado que los investigadores han logrado mejorar sustancialmente sus eficiencias de conversión de energía, desde el 3,8% hasta el 25,2%.

Sus notables eficiencias hacen de las perovskitas un competidor líder en el desarrollo de la próxima generación de tecnologías fotovoltaicas procesables a baja temperatura. Las células fotovoltaicas de perovskita pueden tener dos arquetipos de diseño principales:la denominada estructura regular (n-i-p) y la estructura invertida (p-i-n). Hasta aquí, las células con una estructura regular han logrado las mayores eficiencias de conversión de energía, mientras que aquellos con una estructura invertida han logrado tiempos de operación mucho más largos.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) y la Universidad de Toronto pudieron reducir recientemente la brecha de eficiencia observada anteriormente entre las células fotovoltaicas de perovskita con una estructura regular y aquellas con una estructura invertida. Su papel publicado en Energía de la naturaleza , introduce una nueva estrategia de diseño que les permitió fabricar células solares invertidas con una vida útil prolongada y una eficiencia de conversión de energía del 22,3%.

"Los dispositivos fotovoltaicos de perovskita con las mayores eficiencias, que se basan en la estructura regular, tienen que incorporar dopantes iónicos en los materiales de transporte de sus orificios, "Xiaopeng Zheng, uno de los investigadores involucrados en el estudio, dijo a TechXplore. "Al deshacerse de estos dopantes inestables, Los dispositivos fotovoltaicos invertidos han contribuido a los avances en la estabilidad operativa de la tecnología. Desafortunadamente, las eficiencias de conversión de energía de la perovskita fotovoltaica invertida están muy por detrás de las de los dispositivos estructurados normales (20,9% frente a 25,2%) ".

Según Zheng, para que las tecnologías fotovoltaicas de perovskita tengan un impacto comercial y medioambiental real, Los investigadores primero deberán asegurarse de sobresalir tanto en su estabilidad operativa como en su eficiencia de conversión de energía. La estrategia de diseño que desarrolló en colaboración con sus colegas de KAUST y la Universidad de Toronto podría ayudar a lograrlo mejorando las propiedades estructurales y optoelectrónicas de los materiales de perovskita que se utilizan normalmente para fabricar dispositivos fotovoltaicos.

Zheng y sus colegas agregaron una pequeña cantidad de ligandos de alquilamina de anclaje superficial (AAL) con diferentes longitudes de cadena a su material de perovskita. Esto les permitió alterar algunas de las propiedades del material, lo que conduce a eficiencias de conversión de energía más altas que las que se observan típicamente en las células solares fotovoltaicas de perovskita con una estructura invertida.

"Descubrimos que solo una pequeña cantidad de alquilamina durante el procesamiento era suficiente para alterar las propiedades del material de perovskita de las siguientes maneras ventajosas:(i) promover la orientación del grano de cristal; (ii) suprimir la densidad del estado de la trampa; (iii) reducir el portador de carga recombinación no radiativa (es decir, pérdida), además de mejorar la movilidad de los portadores y las longitudes de difusión; (iv) inhibir la migración de iones en la perovskita, "Yi Hou, otro investigador involucrado en el estudio, dijo a TechXplore.

Las películas de perovskita de superficie modificada AAL utilizadas por Zheng, Hou y sus colegas exhiben una orientación (100) y una densidad de estado de trampa sustancialmente menor en comparación con las películas no modificadas. También presentan mayor movilidad de portadores y longitudes de difusión, lo que da como resultado dispositivos con una eficiencia de conversión de energía estabilizada certificada del 22,3%.

"Los fotovoltaicos de perovskita son una tecnología joven y todavía tienen espacio para mejorar su estabilidad para acercarse a otras tecnologías fotovoltaicas bien establecidas, tales como c-Si y películas delgadas de base inorgánica, "Ted Sargent, otro investigador involucrado en el estudio, dijo a TechXplore. "Hemos reducido sustancialmente la brecha de eficiencia entre los dispositivos invertidos y los dispositivos normales utilizando solo trazas de alquilamina como modificadores de grano e interfaz".

Los investigadores encontraron que las células solares de perovskita creadas con su enfoque pueden funcionar durante más de 1, 000h en el punto de máxima potencia bajo una iluminación AM1.5 simulada, sin ninguna pérdida de eficiencia. En el futuro, la estrategia de diseño que introdujeron podría acercar los materiales de perovskita a cumplir las exigentes condiciones requeridas para la comercialización de células solares.

"Para la siguiente etapa de nuestra investigación, buscaremos formas de producir PV de perovskita, para lograr dispositivos de gran área sin comprometer el alto rendimiento y la confiabilidad, "Osman Bakr, otro de los investigadores involucrados en el estudio, dijo a TechXplore.

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