La estabilidad de un material muy eficiente y barato para las células solares se ha mejorado hasta en dos órdenes de magnitud. Las manipulaciones de materiales que permitieron esta mejora se desarrollaron en un proyecto apoyado por el Fondo Austriaco de Ciencias FWF, y su "secreto" se publicó recientemente en Nano letras .

Las perovskitas de haluro de plomo son las favoritas de la investigación con células solares:el material cristalino se utiliza para procesos de fabricación rentables y, superando el umbral del 20%, ya ha logrado enormes eficiencias de conversión de energía en un tiempo comparativamente corto. Este material todavía tiene un inconveniente fundamental, sin embargo, y esa es su inestabilidad. Un descubrimiento reciente de un Erwin Schrödinger Fellow de la FWF, en cooperación con Aaron Fafarman y un equipo de investigadores de la Universidad Drexel en Filadelfia, NOSOTROS, ha demostrado ahora que esta inestabilidad puede reducirse considerablemente mediante altos niveles de dopaje con iones cloruro.

Niveles altos de dopaje

David Egger, que cuenta con el apoyo de una beca Schrödinger y se encuentra en el Departamento de Materiales e Interfaces del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel, junto con sus colegas descubrieron que ciertas perovskitas pueden contener altos niveles de iones de cloruro (dopaje), y que esto mejora la estabilidad del material funcional bajo ciertas condiciones hasta en dos órdenes de magnitud.

Egger elabora:"Examinamos las perovskitas de yoduro de plomo-cesio. Un tema es la estabilidad de la fase funcional de este material que nos interesa para las aplicaciones:en condiciones prácticamente relevantes, se produce una transición de fase y las excelentes propiedades fotovoltaicas se pierden casi de inmediato ".

A partir de experimentos anteriores con perovskitas que incluían cloruro en lugar de iones de yoduro, se podría especular que el dopado del material con cloruro puede mejorar su estabilidad. Sin embargo, lograr esto en la práctica resultó ser extremadamente difícil.

Egger y sus colegas eligieron un enfoque interdisciplinario para investigar si el dopaje con cloruro podría tener un efecto positivo en la estabilidad de las perovskitas a base de cesio:"Usamos simulaciones atomísticas para mostrar que los iones de cloruro son móviles en el cristal de perovskita, se puede incorporar fácilmente al material anfitrión, y que esto mejoraría la estabilidad mecánica. Nuestros colegas diseñaron un enfoque experimental para introducir cloruro en el material de perovskita, que lograron mediante un proceso de sinterización química ", Egger explica la cooperación internacional entre el Instituto Weizmann en Israel y científicos de la Universidad de Drexel y la Universidad de Pensilvania en los Estados Unidos.

Resultados sorprendentes

Al analizar la estabilidad del cloruro de yoduro de plomo-cesio, el equipo se sorprendió. Como las perovskitas de haluro de plomo suelen ser particularmente inestables en contacto con el agua, el equipo monitoreó la estabilidad del material de los nuevos compuestos a diferentes niveles de humedad. A una humedad relativa del 54 por ciento, la vida media de la fase funcional del nuevo material fue seis veces mayor que la de las muestras de control sin cloruro. Con niveles de humedad reducidos del once por ciento, la vida media se hizo aún más larga. Egger comenta sobre el descubrimiento:"La vida media mejorada de la fase funcional de perovskita a una humedad relativa del once por ciento fue tal que ya no pudimos detectar una transición de fase de la perovskita dopada con cloruro dentro del tiempo máximo de medición posible de nuestra dispositivos, que fue de 96 horas. Para la perovskita sin dopar, sin embargo, esto pasó mucho más rápido, indicando que el dopaje con cloruro mejoró la vida media en al menos 2 órdenes de magnitud ". Los científicos nuevamente combinaron sus resultados de experimentos y teorías para demostrar que los niveles de dopaje con cloruro más allá del dos por ciento en el material recién creado no son posibles.

La información fundamental proporcionada por Egger y sus colegas, apoyado por la beca Erwin Schrödinger de la FWF, ahora se puede utilizar en nuevos enfoques para explotar el enorme potencial de las células solares de perovskita con una capacidad aún mayor.