Han encontrado una manera para mejorar las células solares

Un químico de la RUDN (Rusia) ha descubierto cuatro nuevos compuestos estables que se pueden obtener en la reacción del yodo con el yoduro de metilamonio. El uso de estas sustancias permitirá producir las células solares de perovskita sin reactivos tóxicos y permitirá que los fabricantes de paneles solares se deshagan de subproductos. Este artículo fue publicado en la revista The Journal of Physical Chemistry Letters.

 

Las perovskitas híbridas a base de plomo se utilizan en las células solares modernas como la capa absorbente de luz. Pero dado que no son resistentes a la humedad, y las tecnologías existentes requieren el uso de las soluciones y los solventes tóxicos, esto complica la tecnología y la hace potencialmente peligrosa. Como una solución al problema se propone el uso de los métodos sin solución, es decir, el uso de fundidos en lugar de soluciones; por ejemplo, se puede aplicar el fundido de polioduro a una película delgada de plomo metálico. Sin embargo, hay pocos estudios fiables de la química de los poliioduros. Los científicos investigaron las propiedades de los compuestos de metilamonio (CH3NH3) y el yodo para encontrar variantes de compuestos adecuados para su uso en la producción de las células solares de perovskita.

 

Los compuestos del sistema de yoduro de metilamonio (MA) y el yodo se funden a temperatura ambiente y forman líquidos iónicos, los fundidos que contienen solamente iones. El uso de los líquidos que pueden aplicarse uniformemente a grandes superficies en calidad de precursores traerá la producción industrial de las células solares modulares basadas en perovskitas híbridas a la escala industrial.

 

Los líquidos a base de polioduros que ya se habían estudiado se funden a temperatura ambiente solo si hay grandes cationes orgánicos en su composición. El químico de la RUDN, Viktor Khrustalev, explicó esta diferencia por el hecho de que el catión de metilamonio tiene un gran momento dipolar y es capaz de formar una gran cantidad de enlaces de hidrógeno. Por los pequeños que sean cationes, esto conduce a una mayor entropía durante la fusión, que a su vez reduce la temperatura de fusión.

 

 

(Foto: RUDN)

 

Bajo ciertas condiciones, los cristales de varias composiciones - MAI₂, MAI_2.67, MAI₄ и MAI_5.5 - comienzan a caerse del líquido. Para determinar cuáles son las condiciones bajo las qué se produce una fusión, los científicos llevaron a cabo los cálculos teoréticos de la entalpía y la entropía de la formación de estos cristales. Para todos los compuestos excepto MAI₂, la reacción de obtener un compuesto con un menor contenido de yodo dependía únicamente de la contribución de la entropía. Los químicos han explicado que se produce un aumento en la entalpía durante la transición a los compuestos con un mayor contenido de yodo debido al debilitamiento de la interacción de los cationes con los aniones a causa de la la distribución de una pequeña carga negativa sobre un anión de polioduro grande. El aumento similar en la entropía se debe tambíen a la complejidad de los polianiones y al debilitamiento de los enlaces entre ellos.

 

Estos datos termodinámicos permitieron precisar y generalizar los valores experimentales de los límites en los que puede existir la fusión.

 

Los químicos han encontrado que los efectos similares también aparecen en los compuestos similares con el catión formamidinio (FA⁺ = HC(NH₂)₂) y los polibromuros. Además, la composición mixta (MABr₃)_0.15(FAI₃)_0.85 exhibe las propiedades de líquido iónico de -40 a 80ºC. La temperatura de fusión baja del precursor es favorable para producir las películas delgadas de perovskitas híbridas mixtas que exhiben las propiedades máximas de la absorción de luz.

 

El estudio se realizó en colaboración con sus colegas de la Universidad Estatal de Moscú, la Universidad Estatal de San Petersburgo, el Instituto de Catálisis que lleva el nombre de G.K. Boreskov, la Academia de Ciencias de Rusia y el Centro de Estudios e Investigación Científica «Instituto de Kurchatov». Como parte de un megaproyecto conjunto de la Fundación Científica de Rusia (RSF), Viktor Khrustalev y sus colegas planean continuar estudiando la nueva clase de compuestos. (Fuente: RUDN)