Células solares de perovskita bajo el microscopio

Los consumidores de todo el mundo están exigiendo fuentes de energía más ecológicas; por lo tanto, la optimización del rendimiento y la viabilidad económica de las células solares es un importante foco de investigación. La mejora de la eficiencia de las células solares de perovskita ha sido una prioridad particular; sin embargo, se ha hecho menos hincapié en comprender qué es lo que hace que el rendimiento de la célula vaya deteriorándose.

Ahora, recientes conclusiones de investigadores de la Universidad de Tsukuba proporcionan un estudio a nivel microscópico de las células solares de perovskita para mejorar ese conocimiento.

Las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas son materiales atractivos para su uso en células solares porque son fáciles y baratas de preparar y porque absorben la luz en una amplia gama de longitudes de onda. Las células solares que utilizan capas de perovskita como material fotoactivo están siendo continuamente mejoradas, con un enfoque particular en su eficiencia de conversión de energía (PCE), que ahora puede superar el 25%.

Sin embargo, el hecho de centrarse únicamente en la mejora de la PCE podría estar haciendo que los investigadores pasaran por alto los importantes avances que podrían derivarse de una comprensión más detallada de los mecanismos subyacentes. Por ejemplo, la pregunta de qué es lo que causa el deterioro del rendimiento de las células solares perovskitas es una pregunta importante que no ha sido respondida de manera exhaustiva.

Se sabe que factores externos como el oxígeno y la humedad del aire comprometen las capas de la perovskita. Sin embargo, los cambios internos que afectan al rendimiento de las células no se comprenden tan bien. Por lo tanto, los investigadores han investigado el mecanismo de deterioro utilizando espectroscopia ESR (electron spin resonance).

Estructura esquemática de los contactos eléctricos y los cables de la célula solar de perovskita en un tubo de muestra para la espectroscopia ESR. (Foto: University of Tsukuba)

"Realizamos espectroscopia ESR en células solares de perovskita mientras estaban en uso, lo que nos dio una imagen en tiempo real de los cambios a nivel molecular", explica el coautor del estudio, el profesor Kazuhiro Marumoto. "Específicamente, observamos parámetros como las cargas y defectos en las capas de las células solares mientras se medían sus características de corriente-voltaje. Esto nos permitió entender las relaciones entre estos factores".

Esta profunda investigación de células solares de perovskita en funcionamiento mostró que los cambios en los estados de espín resultan de los cambios en el transporte de los huecos así como de la formación de capas de dipolos eléctricos interfaciales. Por lo tanto, se llegó a la conclusión de que el deterioro de las células podría evitarse mejorando la movilidad de la carga en el material de transporte de los huecos e impidiendo la formación de capas de dipolos eléctricos.

"Establecer que los cambios en los estados de espín están correlacionados con el rendimiento del dispositivo ha ampliado significativamente nuestra comprensión de las células solares de perovskita", indica el profesor Marumoto. "Esperamos que nuestros resultados proporcionen un nuevo y valioso punto de partida para el continuo desarrollo de las células solares y ayuden a acelerar la realidad de la energía verde rentable". (Fuente: NCYT Amazings)