Gran impulso a los paneles solares de perovskita: mayor estabilidad y 24,5 % de eficiencia con este nuevo aditivo

Las células solares de perovskita se presentan como una alternativa interesante a las células solares de silicio tradicionales debido a su alta eficiencia energética y bajo coste. A pesar de ello, uno de los principales desafíos para su desarrollo es la estabilidad a largo plazo.

En este sentido, un equipo de investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong ha logrado un importante avance al desarrollar un aditivo multifuncional y no volátil que mejora la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita, al modular el crecimiento de la película de perovskita.

Además, esta estrategia es simple y efectiva, lo que la convierte en una buena opción para la comercialización de células solares de perovskita (PVSC).

Un aditivo multifuncional

El aditivo multifuncional puede ser utilizado en diferentes composiciones de perovskita para fabricar células solares altamente eficientes y estables. El profesor Alex Jen Kwan-yue, quien lideró la investigación, explicó que las películas de perovskita de alta calidad permitirán la mejora de los paneles solares de gran superficie.

Las PVSC se han destacado por su alta eficiencia en la conversión de energía solar y su capacidad de ser depositadas en soluciones en superficies de fabricación. Esto permite su aplicación en fotovoltaicos integrados en edificios, dispositivos portátiles y aplicaciones de granjas solares.

Sin embargo, la eficiencia y la estabilidad de estas células solares todavía se ven afectadas por la severa pérdida de energía asociada con los defectos incrustados en las interfaces y los límites de grano de las perovskitas. Por lo tanto, la calidad intrínseca de la película de perovskita es fundamental para determinar la eficiencia y la estabilidad alcanzables de los PVSC.

Aunque se han realizado muchos estudios previos para mejorar la calidad y la morfología de la película con aditivos volátiles, estos tienden a escaparse de la película después del recocido, creando un vacío en la interfase perovskita-sustrato.

Altos niveles de densidad energética sin perder estabilidad

Para abordar este problema, los investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong  desarrollaron una estrategia simple pero efectiva de modular el crecimiento de la película de perovskita para mejorar su calidad, mediante la adición de una molécula multifuncional y no volátil (clorhidrato de ácido 4-guanidinobenzoico o GBAC) al precursor de perovskita.

De este modo, se forma una fase intermedia con puente de hidrógeno que modula la cristalización para lograr películas de perovskita de alta calidad con grandes granos de cristal y un crecimiento de grano coherente desde el fondo hasta la superficie de la película.

Además, esta molécula puede actuar como conector de pasivación de defectos efectivo para reducir la densidad de defectos de la película de perovskita recocida debido a su no volatilidad, lo que da como resultado una pérdida por recombinación no radiativa significativamente reducida y una mejora en la calidad de la película.

Los experimentos demostraron que la densidad de defectos de las películas de perovskita se puede reducir significativamente después de introducir GBAC. La eficiencia de conversión de energía de las células solares de perovskita invertidas basadas en las perovskitas modificadas se incrementó al 24,8 % (24,5 % certificado por los Laboratorios de Tecnología Ambiental y Seguridad Eléctrica de Japón), que se encuentra entre los valores más altos informados.

Además, la pérdida total de energía del dispositivo se redujo a 0,36 eV, lo que representa una de las pérdidas de energía más bajas entre los dispositivos PVSC con alta eficiencia de conversión de energía.

Por todo ello, la estrategia desarrollada por el equipo de investigación de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong para mejorar la calidad de las películas de perovskita, utilizando un aditivo multifuncional y no volátil, muestra un gran potencial para lograr células solares de perovskita altamente eficientes y estables.

Los resultados obtenidos demuestran que la introducción de GBAC puede reducir significativamente la densidad de defectos de la película de perovskita, lo que resulta en una eficiencia de conversión de energía mejorada y una pérdida de energía reducida.

Además, los dispositivos fabricados con esta estrategia también exhiben una estabilidad térmica mejorada, lo que los hace más adecuados para su uso en aplicaciones prácticas.