El gran avance de las perovskitas: mantienen el 80% de rendimiento tras 1.080 horas

Un equipo de investigadores de la Hong Kong University of Science and Technology ha logrado lo que muchos consideraban uno de los grandes retos pendientes en la tecnología solar basada en perovskitas. Han desarrollado una nueva receta de coevaporación con múltiples fuentes que mejora de forma notable la calidad cristalina de las películas de perovskita depositadas al vacío. Dicho de forma más clara: han conseguido que estas celdas solares sean más eficientes y, sobre todo, mucho más estables.

El avance no es menor. Acerca tanto las células de perovskita de unión simple fabricadas completamente al vacío como las tandas de perovskita sobre silicio a una producción a gran escala, algo imprescindible si quieren competir de tú a tú con las tecnologías actuales.

Como recordamos, las perovskitas son materiales que han revolucionado la investigación solar porque combinan alta eficiencia, versatilidad y sobre todo el potencial de bajar todavía más los costes de producción. Además, son muy ligeras y se pueden aplicar sobre superficies flexibles o integrarse en celdas en tándem junto al silicio para exprimir mejor la luz del sol. En resumen, permiten aspirar a paneles solares más eficientes, más baratos y con nuevas posibilidades de diseño que hasta hace poco eran impensables.

Más eficiencia y, por fin, más estabilidad

La clave del trabajo está en introducir cloruro de plomo (PbCl2) como “cofuente” durante la coevaporación térmica. Este pequeño cambio permite dirigir cómo crecen los cristales de perovskita, logrando una estructura mucho más ordenada y con una orientación dominante (100) “cara arriba”. Puede sonar muy técnico, pero tiene consecuencias directas: una película más cristalina resiste mejor la degradación provocada por la luz y el calor.

El resultado es una perovskita de banda prohibida ancha (1,67 eV) con mejores propiedades optoelectrónicas y mayor estabilidad frente al estrés térmico y lumínico. En otras palabras, más rendimiento durante más tiempo.

Con esta nueva receta de deposición, el equipo ha conseguido la primera certificación oficial de rendimiento para una celda solar de perovskita de banda ancha fabricada íntegramente al vacío. En un dispositivo de 0,25 cm², alcanzaron una eficiencia de conversión del 18,35% medida en el punto de máxima potencia. En laboratorio, las células llegaron al 19,3% y, en un tamaño más exigente de 1 cm², lograron un 18,5%.

Según explicó el primer autor del estudio, el doctor Shen Xinyi, el trabajo ataca directamente el problema de ciencia de materiales que llevaba años frenando a las perovskitas depositadas al vacío. Al controlar la orientación de los cristales durante la evaporación, han conseguido una estabilidad térmica y frente a la luz comparable a las mejores celda procesadas en solución, pero con las ventajas propias de una técnica seca y compatible con los procesos industriales.

Para comprobar la durabilidad real, el equipo siguió el protocolo ISOS bajo condiciones muy exigentes: iluminación equivalente a un sol completo, sin filtro ultravioleta, a 75 ± 5 °C, en aire y en circuito abierto. Tras 1.080 horas de ensayo acelerado, las células encapsuladas conservaron el 80% de su rendimiento máximo inicial. Una cifra que, hasta hace no tanto, era difícil de imaginar en este tipo de tecnología.

Además, emplearon imagen hiperespectral en operación, una especie de cámara espectral avanzada que analiza, píxel a píxel, qué ocurre dentro de la celda mientras está funcionando. Gracias a ello, pudieron observar fenómenos como la segregación de haluros y la recombinación mediada por defectos a escala microscópica, y relacionarlos directamente con la pérdida de rendimiento a escala macroscópica. Es un paso importante porque no solo mejora la célula, sino que ayuda a entender por qué falla y cómo evitarlo.

El salto hacia las tandas perovskita-silicio

Donde este avance cobra todavía más sentido es en las llamadas celda en tándem, en las que una célula superior de perovskita se coloca sobre una inferior de silicio para aprovechar mejor el espectro solar. Aquí, la calidad de la capa de perovskita es crítica.

Utilizando sus películas mejoradas, los investigadores lograron un recubrimiento uniforme sobre celda industriales de heterounión de silicio con textura a escala micrométrica. El resultado: células en tándem perovskita-silicio de 1 cm² con una eficiencia del 27,2%.

Pero más allá del laboratorio, lo realmente interesante es el comportamiento en condiciones reales. En una prueba en exterior realizada en Italia, las células en tándem fabricadas íntegramente al vacío mantuvieron aproximadamente el 80% de su rendimiento inicial tras 8 meses de funcionamiento en el mundo real. Esto apunta a que la perovskita sobre silicio estable y duradera está cada vez más cerca de dejar de ser una promesa para convertirse en una opción comercial viable.

En definitiva, este trabajo no solo mejora las cifras de eficiencia, sino que ataca el talón de Aquiles de la perovskita: su estabilidad. Si estos resultados se confirman a mayor escala y en periodos más largos, podríamos estar ante uno de los pasos más sólidos hacia la industrialización de esta tecnología solar de nueva generación.

Fuente | Hkust.edu.hk