Idean un proceso simple para aumentar la durabilidad de las células solares de perovskita

Las células solares de perovskita constituyen una tecnología fotovoltaica muy prometedora. Son tan eficientes como las de silicio y tienen menores costos de producción. Además, son livianas, flexibles y semitransparentes, lo que abre numerosas posibilidades de aplicación, como ventanas, prendas de vestir o carpas capaces de generar energía eléctrica a partir de la luz solar. Sin embargo, la comercialización de estas células se ve obstaculizada por su baja durabilidad, debido a la degradación que sufren los materiales de la familia de las perovskitas cuando se exponen a condiciones de humedad y temperatura ambiente, tanto durante la producción como en el uso. Esta degradación afecta el desempeño de los dispositivos a lo largo del tiempo y, por lo tanto, su durabilidad.

Unos científicos han ideado una nueva forma de mitigar la rápida degradación de las células solares de perovskita.

El trabajo se ha llevado a cabo en la Universidad Federal de ABC (UFABC), institución de la zona de Brasil cuyas tres ciudades principales tienen esas iniciales (Santo André, Sao Bernardo do Campo y Sao Caetano do Sul).

El nuevo proceso no exige el estricto control de humedad y temperatura que sí requieren los métodos tradicionales.

“Las células solares de este trabajo fueron obtenidas en condiciones ambientales, sin grandes controles de humedad, lo que puede ser más compatible con las condiciones de producción industrial”, explica el profesor André Sarto Polo, coordinador del estudio y miembro del Centro de Innovación en Nuevas Energías (CINE), un centro de investigación en ingeniería que cuenta con el respaldo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Sao Paulo (FAPESP) y con el de la empresa Shell.

El nuevo proceso aumenta la durabilidad de las células solares de perovskita. (Foto: Centro de Inovação em Novas Energias)

Modulando la composición

La familia de las perovskitas reúne materiales de composiciones químicas diversas. Todos ellos tienen en común su estructura, formada por iones con carga positiva (cationes) y negativa (aniones). Las perovskitas basadas en cationes de metilamonio (MA⁺) y formamidinio (FA⁺) son las más estudiadas para su uso en células solares.

En este nuevo estudio, los investigadores incorporaron cantidades crecientes de cationes de formamidinio en perovskitas basadas en metilamonio, caracterizaron cada uno de los materiales obtenidos y, con ellos, montaron células solares. La producción y la caracterización de los materiales y dispositivos se realizaron en ambientes con una humedad relativa del aire del 40% al 60%.

Para probar la estabilidad, estas células solares fueron expuestas a temperatura y humedad ambiente durante 90 días. A lo largo de ese período, los investigadores estudiaron sistemáticamente las propiedades de todos los dispositivos con el objetivo de investigar la influencia de la adición de formamidinio en el rendimiento de las células solares.

Mientras que las células solares sin FA⁺ sufrieron una caída acentuada en la eficiencia poco después de ser ensambladas y dejaron de funcionar a los 30 días, las células con más del 25% de FA⁺ mantuvieron el 80% de la eficiencia al final de los 90 días.

“Este trabajo demuestra cómo la incorporación de cationes de FA⁺ en perovskitas a base de MA⁺ provoca un aumento en la durabilidad de las células solares de perovskita fabricadas y medidas en condiciones ambientales”, resume Polo.

Según él, esto ocurre porque la adición de formamidinio genera un aumento en el tamaño de los granos que forman la estructura cristalina de la perovskita, reduciendo la extensión total de los bordes. Como los bordes son puntos de acumulación de humedad, la perovskita sufre una menor degradación y la célula solar mantiene su buen desempeño por más tiempo.

La investigación, llevada a cabo durante el doctorado de Lucas Polimante, abre perspectivas para desarrollar células solares de perovskita más duraderas que puedan ser producidas con costos menores y en condiciones más compatibles con el ambiente industrial.

El estudio se titula “Enhancing the stability of methylammonium-based perovskite solar cells prepared in ambient conditions by adding formamidinium cations”. Y se ha publicado en la revista académica Solar Energy Materials and Solar Cells. (Fuente: FAPESP)