La perovskita supera una prueba clave: 1.000 horas de calor y humedad con solo un 5% de pérdida

Las celdas solares de perovskita tienen muchos argumentos para hacerse un hueco en la energía fotovoltaica: una elevada capacidad para convertir la luz en electricidad, posibilidades de fabricación a bajo coste y diseños ligeros. Pero hay una pregunta que sigue condicionando su futuro: cuánto tiempo pueden mantener esas prestaciones cuando salen del laboratorio y se enfrentan al calor y la humedad.

Investigadores del Instituto de Investigación Energética de Corea del Sur, KIER, en colaboración con la universidad UNIST, han presentado un avance dirigido precisamente a ese punto débil. Su propuesta modifica el proceso de fabricación para eliminar componentes que ayudan inicialmente al funcionamiento de la celda, pero que después pueden acelerar su deterioro.

El resultado son celdas que conservan el 95% de su eficiencia inicial después de 1.000 horas a 85 °C y un 85% de humedad relativa. El estudio, publicado en Advanced Science, especifica que el ensayo se realizó con dispositivos encapsulados, es decir, dotados de una protección frente al entorno. Es un dato relevante para interpretar correctamente el alcance de la prueba. Wiley Online Library

Ese 95% tampoco significa que conviertan en electricidad casi toda la luz recibida. Expresa cuánto rendimiento mantienen respecto al comienzo del ensayo. La eficiencia de conversión máxima alcanzada con el nuevo proceso fue del 25,24%, frente al 25,21% de las celdas de referencia fabricadas mediante el método convencional con aditivos. La diferencia es mínima: lo interesante es mejorar la resistencia sin renunciar a la eficiencia.

Eliminar el litio residual para reducir la degradación

La investigación se centra en la llamada capa de transporte de huecos, una de las partes que permiten extraer las cargas eléctricas generadas cuando la luz alcanza la celda. En determinadas arquitecturas de perovskita, esta capa utiliza sales de litio y aditivos para mejorar sus propiedades eléctricas. El inconveniente es que algunos de esos ingredientes también contribuyen a reducir su estabilidad.

Cuando aumentan la temperatura y la humedad, los aditivos pueden evaporarse y dejar pequeños huecos en la película. Estos defectos perjudican el contacto entre las capas y facilitan la pérdida de prestaciones. Por otro lado, los iones de litio pueden desplazarse hacia el interior del dispositivo y provocar daños adicionales. Lo que ayuda a conseguir un buen resultado inicial termina convirtiéndose en un problema de durabilidad.

La solución del equipo consiste en aprovechar las reacciones necesarias durante la preparación de la mezcla y retirar después los componentes que podrían resultar perjudiciales. Para ello utiliza óxido de níquel, NiOx, que actúa como catalizador y permite capturar los iones de litio presentes en la solución con la que se fabrica esa capa.

Una vez completada la reacción, la mezcla pasa por un proceso de filtrado. Las partículas de óxido de níquel quedan retenidas junto con los iones de litio adheridos a ellas. Así, el catalizador cumple su función durante la preparación, pero se retira antes de formar la capa definitiva. El método también permite prescindir del aditivo tBP empleado en la formulación convencional.

La idea tiene interés porque aborda el origen de una parte de la degradación. Además de proteger la celda frente al exterior mediante el encapsulado, busca que su propia composición sea más estable. Los resultados muestran que es posible retirar esos ingredientes sin sacrificar la capacidad de convertir la luz solar en electricidad.

Para los investigadores, el avance también podría resultar útil en las celdas solares en tándem, que superponen materiales capaces de aprovechar diferentes partes del espectro solar. La perovskita ofrece posibilidades en estas configuraciones, pero aumentar la producción de electricidad tiene poco valor comercial si esa ventaja desaparece demasiado pronto por la degradación.

Eso sí, superar un ensayo de calor y humedad no equivale a demostrar décadas de funcionamiento en un tejado. Las 1.000 horas son una prueba de resistencia bajo unas condiciones concretas, y no pueden convertirse directamente en años de vida útil. También queda comprobar cómo se traslada el proceso a módulos de mayor superficie y a una fabricación industrial competitiva.

El resultado apunta a una mejora que la perovskita necesita tanto como los récords de eficiencia: conservar sus prestaciones. Para quien instala placas solares, la cifra del primer día importa; la electricidad que seguirán produciendo muchos años después importa todavía más.

Fuente | Advanced