Células solares de perovskita hechas con aceite de menta y aditivos alimentarios

La energía solar que llega a la Tierra alcanza unos 125 millones de gigavatios (Gw). Si esta energía solar generada durante un año se convirtiese en petróleo, estaríamos hablando de 100 billones de toneladas, lo cual es diez mil veces más que la cantidad de energía petrolera que el mundo utiliza en un año. Por tanto, no es sorprendente que un anuncio comercial de café diga: "La luz solar que llega a la Tierra durante 30 segundos es suficiente para que el mundo entero gaste energía durante 48 horas". La conversión de esta energía solar en energía eléctrica implica el uso de células solares.

Recientemente un equipo de investigación de POSTECH desarrolló una tecnología de material electrónico orgánico ecológico para resolver un problema ambiental que puede ocurrir durante el proceso de producción de las células solares convencionales de perovskita.

El equipo de investigación de POSTECH, formado por el profesor Taiho Park y Junwoo Lee, un estudiante, desarrolló Alkoxy-PTEG, polímeros que podían ser disueltos en aceite de menta, aplicando cadenas laterales de etilenglicol durante la producción de células solares de perovskita de alta eficiencia. También confirmaron que este polímero capturaba las fugas de plomo en células solares de perovskita envejecidas.

El material esencial de una célula solar es una capa fotoactiva que absorbe la energía solar. La perovskita utiliza materiales con estructuras cristalinas como capas fotoactivas y su característica distintiva es absorber muy bien la luz, lo que es posible mediante el uso de materiales inorgánicos y orgánicos baratos. Por esta razón, se le conoce como "célula solar de próxima generación". Pero el problema es que los materiales orgánicos de la capa de transporte utilizados en una célula solar utilizan disolventes químicos tóxicos en el proceso de producción y pueden dañar el medio ambiente y a los seres humanos y por lo tanto no pueden ser producidos en masa. Además, cuando el plomo en la perovskita envejece, puede filtrarse.

Nuevos polímeros con cadenas laterales de etilenglicol tienen una alta solubilidad en el disolvente verde y retienen el plomo filtrado de las células solares envejecidas de perovskita. (Foto: Taiho Park (POSTECH))

Así que diseñaron y sintetizaron nuevos polímeros para que pudieran disolverse en aceite de menta (3-metilciclohexanona) o en aditivos alimentarios aromáticos de nuez (2-metil anisol), que podrían sustituir a los productos químicos tóxicos utilizados anteriormente. Esto hizo posible un proceso ecológico.

El equipo de investigación procesó las células solares de perovskita utilizando aceite de menta como disolvente sin ningún tipo de aditivos químicos y la eficiencia de las células solares alcanzó el 19,9% y el 21,2% cuando se utilizaron aditivos alimentarios con aroma a nuez. Además, la desventaja de la célula solar convencional de perovskita es que tiene una baja estabilidad porque es débil frente la humedad y cuando hay agua su eficiencia de conversión fotoeléctrica disminuye drásticamente. Los polímeros recientemente desarrollados, sin embargo, superaron la desventaja. El equipo de investigación verificó que mantenían un 88% de eficiencia después de 30 días y que mostraban una alta estabilidad.

Mientras tanto, realizaron análisis de resonancia magnética y confirmaron que las cadenas laterales de etilenglicol en las células solares envejecidas de perovskita mantenían el plomo con una resistencia moderada. Finalmente lograron desarrollar polímeros de transporte de retención multifuncionales que podrían ser procesados con disolventes ecológicos y evitar las fugas de plomo. En otras palabras, retuvieron la fuga de plomo sin destruir las estructuras de la perovskita. Se espera que su logro sea una solución para los problemas de contaminación ambiental causados por las fugas de plomo, un problema crónico de las células solares de la perovskita.

Junwoo Lee, que realizó esta investigación, dijo: "Cuando utilizamos disolvente verde en el proceso de producción y evitamos el plomo generado por las células solares envejecidas de perovskita con un polímero, podemos resolver los problemas ambientales de las células solares de perovskita de alta eficiencia y producirlas en masa", lo que implica su posible comercialización.

El profesor Taiho Park también comentó: "Nuestra investigación demostró la mayor eficiencia mundial de las células solares de perovskita, que pasaron por un proceso ecológico sin añadir ninguna sustancia tóxica". Anticipamos que esto puede ser una solución a la fuga de plomo de las células solares convencionales de perovskita que daña el cuerpo humano o causa problemas ambientales".

El trabajo ha sido publicado en la revista Advanced Energy Materials. (Fuente: NCYT Amazings)