Investigadores de la Universidad de Houston han informado la primera explicación de cómo cambia una clase de materiales durante la producción para absorber la luz de manera más eficiente. un paso crítico hacia la fabricación a gran escala de paneles solares mejores y menos costosos.

La obra, publicado este mes como historia de portada de Nanoescala , ofrece un estudio del mecanismo de cómo una película delgada de perovskita cambia su estructura microscópica con un calentamiento suave, dijo Yan Yao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y autor principal del artículo. Esta información es crucial para diseñar un proceso de fabricación que pueda producir constantemente paneles solares de alta eficiencia.

El año pasado, Yao y otros investigadores identificaron la estructura cristalina de la fase intermedia no estequiométrica como el elemento clave para las células solares de perovskita de alta eficiencia. Pero lo que sucedió durante el paso posterior de recocido térmico no quedó claro. El trabajo es ciencia fundamental, Yao dijo, pero fundamental para procesar células solares más eficientes.

"De lo contrario, es como una caja negra, ", dijo." Sabemos que ciertas condiciones de procesamiento son importantes, pero no sabemos por qué ".

Otros investigadores involucrados en el proyecto incluyen al primer autor Yaoguang Rong, anteriormente un becario postdoctoral en la UH y ahora profesor asociado en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en China; Los becarios postdoctorales de la UH Swaminathan Venkatesan y Yanan Wang; Jiming Bao, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la UH; Rui Guo y Wenzhi Li de la Universidad Internacional de Florida, y Zhiyong Fan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong.

Yao también es investigador principal en el Centro de Superconductividad de Texas en UH, que proporcionó financiación para el trabajo.

El trabajo también produjo una sorpresa:los materiales mostraron una eficiencia máxima, la velocidad a la que el material convirtió la luz en electricidad, antes de que se completara la transformación de la fase intermedia. sugiriendo una nueva forma de producir las películas para garantizar la máxima eficiencia. Yao dijo que los investigadores habrían esperado que la mayor eficiencia se produjera después de que el material se hubiera convertido en una película de perovskita al 100 por ciento. En lugar de, descubrieron que los dispositivos solares de mejor rendimiento eran aquellos cuya conversión se detuvo en el 18 por ciento de la fase intermedia, antes de la conversión completa.

"Descubrimos que la composición de fases y la morfología de las películas de perovskita diseñadas con disolventes dependen en gran medida de las condiciones de procesamiento y pueden influir significativamente en el rendimiento fotovoltaico, "escribieron los investigadores." La fuerte dependencia de las condiciones de procesamiento se atribuye a la cinética de intercambio molecular entre las moléculas de haluro orgánico y el DMSO (dimetilsulfóxido) coordinado en la fase intermedia ".

Los compuestos de perovskita comúnmente se componen de un material híbrido orgánico-inorgánico de plomo o haluro de estaño y se han buscado como materiales potenciales para las células solares durante varios años. Yao dijo que sus ventajas incluyen el hecho de que los materiales pueden funcionar como películas muy delgadas, alrededor de 300 nanómetros, en comparación con entre 200 y 300 micrómetros para las obleas de silicio, el material más utilizado para las células solares. Las células solares de perovskita también se pueden producir mediante procesamiento en solución a temperaturas inferiores a 150 grados centígrados (aproximadamente 300 grados Fahrenheit), lo que las hace relativamente económicas de producir.

En su mejor momento, Las células solares de perovskita tienen una tasa de eficiencia de aproximadamente el 22 por ciento, ligeramente más baja que la del silicio (25 por ciento). Pero el costo de las células solares de silicio también se está reduciendo drásticamente, y las células de perovskita son inestables en el aire, perdiendo eficiencia rápidamente. También suelen contener plomo, una toxina.

Todavía, Yao dijo, los materiales son muy prometedores para la industria solar, incluso si es poco probable que sustituyan al silicio por completo. En lugar de, él dijo, podrían usarse junto con silicio, aumentando la eficiencia a un 30 por ciento más o menos.