Células solares de perovskita logran 27.2% de eficiencia con nueva técnica

En los últimos años, las células solares de perovskita se han consolidado como una solución prometedora para la generación de energía solar más económica y eficiente. Este material sintético avanzado se elabora a partir de cristales que imitan la estructura del mineral natural perovskita (titanato de calcio).

Sin embargo, uno de los principales obstáculos para su adopción generalizada ha sido la dificultad de maximizar la potencia que se puede extraer de la luz solar y garantizar la durabilidad a largo plazo de estos dispositivos. Un equipo de investigadores del Instituto de Semiconductores, parte de la Academia China de Ciencias, desarrolló una técnica que ha establecido un nuevo récord de eficiencia y ha mejorado la durabilidad de las células solares.

El principal problema que limita el potencial de las células solares de perovskita es el uso de un químico llamado cloruro de metilamonio (MACI) en el proceso de fabricación. Este compuesto ayuda al crecimiento de los cristales, pero durante el proceso de calentamiento, los científicos descubrieron que los iones de cloro comienzan a moverse, agrupándose y acumulándose cerca de la superficie superior y de la superficie enterrada de la película. Esta película es una delgada capa de material de perovskita que se encuentra dentro de una célula solar, y la distribución desigual de los iones de cloro limita su potencia máxima.

Una solución sencilla

El equipo de investigación publicó su solución al problema de la acumulación de cloro en la revista Science, y es sorprendentemente simple. Solo añadieron un oxalato de metal alcalino (bioxalato de potasio) a la mezcla líquida de perovskita antes de la fabricación de la película.

Cuando se incorpora este nuevo ingrediente, se disuelve y libera iones de potasio que se adhieren a los iones de cloro en movimiento para formar una nueva sal estable (cloruro de potasio). El resultado es una distribución uniforme y homogeneizada de cloro que previene la formación de defectos.

"Nuestra estrategia de homogeneizar la distribución de cloro no solo aumenta la eficiencia, sino que también mejora significativamente la estabilidad operativa de las células solares de perovskita", afirmó el autor correspondiente Jingbi You. "Esto podría ser un cambio radical para la comercialización de los fotovoltaicos de perovskita".

Los investigadores realizaron pruebas exhaustivas en sus nuevos dispositivos de células solares de perovskita y lograron resultados récord en varias áreas. Demostraron una eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 27.2%, lo que significa que la célula solar convirtió con éxito el 27.2% de la energía total del sol que impacta en el panel en electricidad utilizable. Este resultado fue verificado de manera independiente como un estándar líder mundial para las células solares de perovskita.

Los dispositivos también retuvieron el 86.3% de su eficiencia inicial después de 1,529 horas de operación continua a potencia máxima bajo iluminación de 1 Sol. Además, mantuvieron el 82.8% de su eficiencia interna después de 1,000 horas de operación a 85 grados Celsius bajo luz solar plena.

A pesar de que los investigadores han mejorado drásticamente la distribución de cloro, reconocen que aún queda trabajo por hacer, ya que algunas áreas de desigualdad persisten. También encontraron un gran número de defectos en la interfaz enterrada, el límite entre una capa de perovskita dentro de una célula solar y el resto de la estructura. Los próximos pasos se centrarán en reducir los defectos y crear una capa más uniforme.