Nueva estrategia para lograr células solares de perovskita más duraderas

La energía solar es una de las mejores apuestas de la humanidad contra la crisis energética y el cambio climático que nos amenazan. Ahora que los paneles solares se están convirtiendo en una atractiva solución energética, tanto en grandes extensiones de suelo como en los tejados de edificios, muchos científicos trabajan en hacer avanzar las tecnologías fotovoltaicas existentes y alcanzar nuevas cotas de sostenibilidad y de eficiencia. Aunque se están estudiando muchos tipos de materiales fotovoltaicos, los materiales conocidos como perovskitas, que reproducen una estructura clave que posee de manera natural el mineral del que toman su nombre, se encuentran sin duda entre los más prometedores debido sobre todo a su potencial de fabricación a muy bajo coste.

En particular, las perovskitas de haluro de estaño sirven de alternativa atractiva a las eficaces perovskitas basadas en plomo. Dado que el estaño es significativamente menos tóxico para el medio ambiente que el plomo, investigar las perovskitas de haluro de estaño es un trabajo que merece la pena. Desgraciadamente, las células solares hechas de perovskitas de haluro de estaño aún se enfrentan a varios retos que deben superarse. En concreto, la cristalización rápida y desordenada durante la producción conduce a la formación de defectos en la estructura cristalina de la capa de perovskita, lo que dificulta la eficiencia en la conversión de luz a electricidad. Además, las perovskitas de haluro de estaño adolecen de una estabilidad baja y de una alta sensibilidad a la humedad y a las condiciones ambientales, lo que limita la vida útil global de las células solares fabricadas con ellas.

Ahora, sin embargo, un equipo integrado, entre otros, por Dong-Won Kang y Padmini Pandey, de la Universidad Chung-Ang en Seúl, Corea del Sur, puede haber encontrado una solución ingeniosa y eficiente para esos problemas.

En este estudio, el equipo comprobó que introducir 4-feniltiosemicarbacida (4PTSC) como aditivo durante la producción de perovskitas de haluro de estaño puede potenciar el rendimiento de las células solares hechas con ellas.

Cada vez es más común utilizar la energía del Sol para generar electricidad. (Foto: Amazings / NCYT)

Mediante análisis exhaustivos y comparaciones experimentales entre células solares de perovskitas de haluro de estaño normales y otras conteniendo el aditivo propuesto, los investigadores demostraron las múltiples funcionalidades de la 4PTSC como aditivo. La sustancia actúa como complejo de coordinación y agente reductor, impide la formación de defectos y mejora la estabilidad.

Gracias a este eficaz aditivo, los investigadores pudieron producir células solares de perovskita con un rendimiento sin precedentes. Las células solares con 4PTSC alcanzaron una eficiencia máxima del 12,22% y mostraron una estabilidad superior a largo plazo, conservando casi el 100% de la eficiencia inicial de conversión de energía, incluso después de 500 horas y alrededor del 80% después de 1200 horas en condiciones ambientales normales y sin ningún tipo de encapsulación. Esto es claramente diferente de la marcada degradación observada en células solares sin 4PTSC en las primeras 300 horas.

Dado que las perovskitas de haluro de estaño son relativamente baratas de fabricar y demuestran un buen rendimiento y una gran durabilidad, los hallazgos de este estudio podrían allanar el camino hacia paneles solares más accesibles económicamente y más duraderos. A su vez, esto puede contribuir a que la energía sea más barata para la población en general, al tiempo que se respetan los actuales objetivos de sostenibilidad.

Kang, Pandey y sus colegas exponen los detalles técnicos de su innovación en la revista académica Advanced Energy Materials, bajo el título “4-Phenylthiosemicarbazide Molecular Additive Engineering for Wide-Bandgap Sn Halide Perovskite Solar Cells with a Record Efficiency Over 12.2%”. (Fuente: NCYT de Amazings)