Logran estabilidad a largo plazo en celdas solares de perovskita

Las celdas solares de perovskita son reconocidas por su bajo costo de producción y su capacidad para generar una gran cantidad de energía eléctrica por superficie. Sin embargo, su estabilidad ha sido un desafío, ya que pierden eficiencia más rápidamente que el estándar del mercado de silicio. Recientemente, un equipo internacional de investigadores, liderado por el Prof. Dr. Antonio Abate, logró aumentar significativamente la estabilidad de estas celdas mediante la aplicación de un recubrimiento innovador en la interfaz entre la superficie de la perovskita y la capa de contacto superior. Este avance permitió alcanzar una eficiencia de casi el 27%, lo que representa un hito en la tecnología.

Después de 1,200 horas de operación continua bajo iluminación estándar, no se observó disminución en la eficiencia de las celdas tratadas. El estudio involucró a equipos de investigación de China, Italia, Suiza y Alemania, y fue publicado en la revista Nature Photonics.

"Utilizamos un compuesto fluorinado que puede deslizarse entre la perovskita y la capa de contacto de buckyball (C₆₀), formando una película monomolecular casi compacta", explicó el Prof. Abate. Esta capa molecular, similar al teflón, aísla químicamente la capa de perovskita de la capa de contacto, lo que resulta en menos defectos y pérdidas. Además, la capa intermedia aumenta la estabilidad estructural de ambas capas adyacentes, especialmente la de C₆₀, haciéndola más uniforme y compacta.

"Es como el efecto teflón", añadió Abate. "La capa intermedia forma una barrera química que previene defectos mientras permite el contacto eléctrico".

Gran parte de la investigación experimental fue realizada por el primer autor, Guixiang Li, quien fue estudiante de doctorado en el equipo de Abate. Actualmente, Li es profesor en la Southeast University en Nanjing, China, y continúa colaborando en este ámbito. El estudio también contó con la participación de equipos de la École Polytechnique Fédérale de Lausana (EPFL) y el Imperial College London.

Alta eficiencia y estabilidad

Con este enfoque, las celdas solares de perovskita pueden alcanzar una eficiencia de laboratorio del 27%, ligeramente superior al 26% sin la capa intermedia. La mejora en la estabilidad es notable: incluso después de 1,200 horas de iluminación continua por un "sol estándar", esta alta eficiencia no disminuye. "1,200 horas corresponden a un año de uso al aire libre", enfatizó Abate.

En la celda de comparación sin la "capa de teflón", la eficiencia cayó un 20% después de solo 300 horas. El recubrimiento también proporciona una estabilidad térmica excepcional cuando se envejece durante 1,800 horas a 85 °C y se prueba durante 200 ciclos entre -40 °C y +85 °C. Las celdas solares de perovskita presentadas tienen una estructura invertida (p-i-n), lo que las hace particularmente adecuadas para su uso en celdas en tándem, por ejemplo, en combinación con celdas de silicio.

Una idea en desarrollo durante años

"La idea de utilizar moléculas similares al teflón para formar una película intermedia ha estado en mi mente desde mis días de postdoctorado en el laboratorio de Henry Snaith, quien realizó investigaciones pioneras sobre los materiales de perovskita. En ese momento, en 2014, la eficiencia era solo del 15%, disminuyendo significativamente en pocas horas. Hemos logrado un gran progreso", concluyó Abate.

Estos resultados allanan el camino para la próxima generación de dispositivos optoelectrónicos basados en perovskita, altamente eficientes y estables.

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