El principal enemigo de los paneles solares de perovskita, cerca de ser neutralizado

Una innovación presentada por científicos de la Universidad Tecnológica de Singapur permite obtener células solares de perovskita eficientes, estables y ecológicas sin necesidad de utilizar plomo.

Ya te hemos hablado en varias ocasiones de las perovskitas y el potencial que han demostrado tener en los últimos años como sustitutas del silicio en los paneles solares fotovoltaicos.

Pero, aunque su evolución ha sido espectacular en comparación con la de las células solares de silicio, aún tienen que superar algunos retos para incorporarse y asentarse definitivamente en el mercado de los paneles solares.

Prescindir del plomo

Uno de los principales retos a los que se enfrentan los paneles solares de perovskita es que, si bien pueden elaborarse con varios materiales muy abundantes en la Tierra como el carbón, el nitrógeno o el hidrógeno, con el que mejores resultados ofrece es el plomo.

Este metal pesado es muy contaminante, y el hecho de que las perovskitas tiendan a descomponerse cuando se exponen a la luz y el calor durante un tiempo prolongado, no hace sino aumentar dicho problema.

Un grupo de científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, en colaboración con el Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales de la Agencia para la Ciencia, Tecnología e Investigación, ha llevado a cabo una investigación que podría permitir la creación de materiales no tóxicos para la producción de células solares de perovskita.

El estudio, dirigido por el profesor Sum Tze Chien y el profesor Lam Yeng Ming y publicado en Nature Energy, podría ser un avance significativo en la fabricación de células solares de perovskita y acercarlas aún más al mercado.

Cómo estabilizar las células solares de perovskita sin plomo

Las células solares de perovskita están compuestas por múltiples capas de materiales, incluyendo una capa recolectora de luz de perovskita y una capa de protección. La capa protectora se utiliza para proteger la célula solar de situaciones ambientales estresantes como la humedad y el calor, y para mejorar el rendimiento de la célula solar.

Para garantizar que la capa superior sea compatible con la capa de perovskita debajo, los investigadores usan el método de medio precursor (HP) para fabricar la capa superior. Este método implica depositar un precursor químico sobre la capa de perovskita para reaccionar y formar una capa protectora a base de plomo a través de un proceso llamado reacción de intercambio catiónico.

Sin embargo, el plomo también está presente en la capa protectora debido al uso del método HP. Por lo tanto, los científicos de la NTU han desarrollado un enfoque alternativo conocido como método de solución de precursor completo (FP), que utiliza soluciones que contienen sales de haluros metálicos y yoduro de fenetilamonio (PEAI) para recubrir las perovskitas sin necesidad de utilizar plomo.

La clave está en el amonio que contiene el PEAI, un ion con carga positiva que contiene nitrógeno e hidrógeno y que es vital para la reacción química.

Un compuesto a base de zinc

El compuesto a base de zinc PEA₂ZnX₄ se ha mostrado como la mejor opción de material de cobertura entre otros probados, según los investigadores.

Este compuesto es sintetizado usando el método FP, el cual no requiere la extracción de iones de plomo de la capa de perovskita subyacente. Este proceso permite el uso de metales no tóxicos en la capa de recubrimiento.

Además, se ha descubierto que el método FP es más eficiente que el método HP en la fabricación de la capa protectora, ya que los productos químicos de la solución pueden reaccionar directamente en la superficie de la perovskita.

Para producir una célula solar con una capa de cobertura de PEA2ZnX4, los investigadores primero disolvieron sales de haluro de zinc y PEAI en acetonitrilo y luego aplicaron la solución sobre una capa de perovskita unida a un sustrato de vidrio conductor de electricidad utilizando el proceso de revestimiento por rotación.

La perovskita revestida se calentó y se utilizó el proceso de evaporación al vacío para sintetizar las otras capas de la célula solar de perovskita.

Importantes avances para las células de perovskita

Estos experimentos han revelado que la capa superior a base de zinc en las células solares de perovskita no afecta las propiedades eléctricas de la capa de perovskita subyacente.

Además, esta capa ayuda a cubrir los defectos en la superficie de la capa de perovskita y a mejorar sus capacidades de captación de luz.

El método desarrollado por los investigadores permite el uso de materiales de perovskita sin plomo y no tóxicos en la capa de recubrimiento, lo que hace que las células solares de perovskita sean más respetuosas con el medio ambiente.

Además, el método ofrece la posibilidad de diseñar la composición de la capa de recubrimiento para mejorar el rendimiento de las células solares de perovskita.

Igualmente, el estudio demostró que la célula solar fabricada era tan eficaz como las células solares de perovskita convencionales para convertir la luz solar en energía. El prototipo también demostró una buena reproducibilidad y una larga vida útil.

Ahora, los investigadores están trabajando para ampliar el método para fabricar células solares de tamaño completo y presentar una patente con NTUitive, la empresa de innovación y empresa de NTU Singapur.

Fuente | NTU