Clorhidrato de fenformina para mejorar las células solares de perovskita

La perovskita, una clase de materiales artificiales llamada así por sus similitudes estructurales con el mineral natural del mismo nombre, constituye una alternativa al silicio en las células solares. Las perovskitas suelen estar compuestas por una combinación de iones de yodo o bromo cargados negativamente y de iones de plomo y orgánicos cargados positivamente. El ajuste de la combinación de iones puede generar perovskitas que capturan las longitudes de onda de la radiación solar que el silicio no absorbe eficazmente.

Sin embargo, las perovskitas presentan inevitablemente defectos, por ejemplo, cuando un determinado ion no encaja en su sitio durante la fabricación, dejando un hueco en la estructura. Estos sitios reactivos pueden contribuir a una rápida disminución del rendimiento, a menos que puedan ser tapados, mediante un proceso conocido como pasivación de defectos, que es vital para mejorar la estabilidad a largo plazo de las células solares de perovskita.

Los lugares con defectos en las perovskitas pueden tener carga positiva o negativa según el ion que falte, pero los aditivos químicos para la pasivación de defectos suelen tapar un tipo de defecto o bien el otro, pero no los dos.

Ahora, un equipo que incluye, entre otros, a Furkan Isikgor y Stefaan De Wolf, ambos de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (KAUST) en Arabia Saudita, ha comprobado que cierta sustancia química, el clorhidrato de fenformina, es capaz de solucionar este problema.

La nueva técnica soluciona algunos de los problemas que limitan el rendimiento de los materiales de perovskita para células solares. (Foto: © 2021 KAUST; Anastasia Serin)

El clorhidrato de fenformina funciona muy bien para la pasivación de defectos gracias a su estructura multifuncional. La molécula consta de un grupo de cabeza de amonio electropositivo que puede tapar los defectos con carga negativa y un cuerpo de grupo de amina e imina electronegativos para tapar los huecos positivos.

Los investigadores demostraron en los experimentos que el clorhidrato de fenformina incrementó la eficiencia de conversión de energía de banda prohibida ancha en las perovskitas desde el 16,7 por ciento en las células solares no tratadas hasta el 20,5 por ciento en las tratadas.

Además, la pasivación mediante clorhidrato de fenformina mejora la eficiencia de conversión de energía de ciertas células solares de silicio y perovskita en tándem desde el 25,4 por ciento hasta el 27,4 por ciento.

El equipo de Isikgor y De Wolf expone los detalles técnicos de su innovación en la revista académica Joule, bajo el título “Concurrent cationic and anionic perovskite defect passivation enables 27.4% perovskite/silicon tandems with suppression of halide segregation”. (Fuente: NCYT de Amazings)