Una innovación química estabiliza la formulación de la perovskita de mejor rendimiento

Las perovskitas son una clase de materiales compuestos por materiales orgánicos unidos a un metal. Su fascinante estructura y propiedades han impulsado a las perovskitas a la vanguardia de la investigación de materiales, donde se estudian para su uso en una amplia gama de aplicaciones. Las perovskitas de halogenuros metálicos son especialmente populares, y se está considerando su uso en células solares, luces LED, láseres y fotodetectores.

Por ejemplo, la eficiencia de conversión de energía de las células solares de perovskita (PSC) ha aumentado del 3,8% al 25,5% en solo diez años, superando a otras células solares de película delgada, incluyendo el silicio policristalino, líder en el mercado.

Las perovskitas se fabrican normalmente mezclando y estratificando varios materiales juntos en un sustrato conductor transparente, lo que produce películas finas y ligeras. El proceso, conocido como "deposición química", es sostenible y relativamente rentable.

Pero hay un problema. Desde 2014, las perovskitas de haluro metálico se han fabricado mezclando cationes o haluros con formamidinio (FAPbI3). La razón es que esta receta da como resultado una alta eficiencia de conversión de energía en las células solares de la perovskita. Pero al mismo tiempo, la fase más estable de la FAPbI3 es fotoinactiva, lo que significa que no reacciona a la luz, lo contrario de lo que debería hacer un recolector de energía solar. Además, las células solares hechas con FAPbI3 muestran problemas de estabilidad a largo plazo.

Una célula solar de perovskita. (Foto: Nripan Mathews NTU, Singapore)

Ahora, unos investigadores dirigidos por Michael Grätzel y Anders Hafgeldt en la EPFL, han desarrollado un método de deposición que supera los problemas del formamidinio mientras mantiene la alta conversión de las células solares de perovskita. El trabajo ha sido publicado en la revista Science.

En el nuevo método, los materiales son tratados primero con un vapor de tiocianato de metilamonio (MASCN) o tiocianato de formamidinio FASCN. Este innovador ajuste convierte a las películas fotoinactivas de perovskita FAPbI3 en las películas fotosensibles deseadas.

Los científicos utilizaron las nuevas películas FAPbI3 para hacer células solares de perovskita. Las células mostraron más de un 23% de eficiencia de conversión de energía y estabilidad operativa y térmica a largo plazo. También presentaban una baja pérdida de voltaje en circuito abierto (330 mV) y un bajo voltaje de encendido de electroluminiscencia (0,75 V). (Fuente: NCYT Amazings)