Una idea para evitar que los semiconductores de perovskita se degraden r\u00e1pidamente, descubierta en la Universidad de Michigan, podr\u00eda ayudar a hacer posible que las c\u00e9lulas solares sean entre dos y cuatro veces m\u00e1s baratas que los paneles solares de pel\u00edcula delgada actuales. El estudio se publica en la revista Matter. Las perovskitas tambi\u00e9n se pueden combinar con los semiconductores basados en silicio que prevalecen en los paneles solares actuales para crear c\u00e9lulas solares “en t\u00e1ndem” que podr\u00edan superar la eficiencia te\u00f3rica m\u00e1xima de las c\u00e9lulas solares de silicio.<\/p>\n\n\n\n
“Las c\u00e9lulas solares de silicio son excelentes porque son muy eficientes y pueden durar mucho tiempo, pero la alta eficiencia conlleva un alto costo”, dijo Xiwen Gong, profesor asistente de ingenier\u00eda qu\u00edmica de la UM. “Para producir silicio de alta pureza se necesitan temperaturas superiores a 1.000\u00b0C. De lo contrario, la eficiencia no ser\u00e1 tan buena”.<\/p>\n\n\n\n
Las altas temperaturas conllevan mayores costes econ\u00f3micos y medioambientales. Pero si bien las perovskitas pueden producirse a temperaturas m\u00e1s bajas, se degradan cuando se exponen al calor, la humedad y el aire. Como resultado, la vida \u00fatil actual de la perovskita es demasiado corta para ser comercialmente competitiva en paneles solares. La investigaci\u00f3n de Gong tiene como objetivo fabricar c\u00e9lulas solares de perovskita m\u00e1s resistentes, y su nuevo estudio en Matter sugiere que las mol\u00e9culas voluminosas que “pacifican los defectos” son mejores para aumentar la estabilidad y la vida \u00fatil general de las perovskitas.<\/p>\n\n\n\n
Los cristales de perovskita contienen \u00e1tomos de plomo que no est\u00e1n completamente unidos a los dem\u00e1s componentes de la perovskita. Estos “sitios poco coordinados” son defectos que se encuentran a menudo en las superficies de los cristales y en los l\u00edmites de los granos donde hay una ruptura en la red cristalina. Estos defectos dificultan el movimiento de los electrones y aceleran la desintegraci\u00f3n del material de perovskita.<\/p>\n\n\n\n
Los ingenieros ya saben que mezclar mol\u00e9culas pacificadoras de defectos en las perovskitas puede ayudar a bloquear el plomo descoordinado, evitando a su vez que se formen otras imperfecciones a altas temperaturas. Pero hasta ahora, los ingenieros no sab\u00edan exactamente c\u00f3mo una mol\u00e9cula determinada afectaba la resistencia de las c\u00e9lulas de perovskita.<\/p>\n\n\n\n
“Quer\u00edamos descubrir qu\u00e9 caracter\u00edsticas de las mol\u00e9culas mejoran espec\u00edficamente la estabilidad de la perovskita”, dijo Hongki Kim, ex investigador postdoctoral en ingenier\u00eda qu\u00edmica y uno de los primeros autores del estudio.<\/p>\n\n\n\n
Para investigar el problema, el equipo de Gong cre\u00f3 tres aditivos con una variedad de formas y tama\u00f1os y los a\u00f1adi\u00f3 a pel\u00edculas delgadas de cristales de perovskita, que pueden absorber la luz y convertirla en electricidad. Cada aditivo conten\u00eda componentes qu\u00edmicos iguales o similares, lo que hac\u00eda que el tama\u00f1o, el peso y la disposici\u00f3n fueran las principales propiedades que los diferenciaban.<\/p>\n\n\n\n
Luego, el equipo midi\u00f3 la fuerza con la que los diferentes aditivos interactuaban con las perovskitas y, en consecuencia, influ\u00edan en la formaci\u00f3n de defectos en las pel\u00edculas. Las mol\u00e9culas m\u00e1s grandes en masa se adhirieron mejor a la perovskita porque ten\u00edan m\u00e1s sitios de uni\u00f3n que interact\u00faan con los cristales de perovskita. Como resultado, tend\u00edan a ser mejores para prevenir la formaci\u00f3n de defectos.<\/p>\n\n\n\n
Pero los mejores aditivos tambi\u00e9n necesitaban ocupar mucho espacio. Las mol\u00e9culas grandes pero delgadas dieron como resultado granos de perovskita m\u00e1s peque\u00f1os durante el proceso de fabricaci\u00f3n. Los granos m\u00e1s peque\u00f1os no son ideales porque tambi\u00e9n crean c\u00e9lulas de perovskita con m\u00e1s l\u00edmites de grano o m\u00e1s \u00e1reas para que se formen defectos. Por el contrario, las mol\u00e9culas voluminosas forzaron la formaci\u00f3n de granos de perovskita m\u00e1s grandes, lo que a su vez redujo la densidad de los l\u00edmites de los granos en la pel\u00edcula. Calentar las pel\u00edculas de perovskita a m\u00e1s de 200\u00b0C confirm\u00f3 que los aditivos voluminosos ayudaron a que las pel\u00edculas conservaran m\u00e1s de su caracter\u00edstico color negro pizarra y desarrollaran menos defectos estructurales.<\/p>\n\n\n\n
“Tanto el tama\u00f1o como la configuraci\u00f3n son importantes al dise\u00f1ar aditivos, y creemos que esta filosof\u00eda de dise\u00f1o podr\u00eda implementarse en varias formulaciones de perovskita para mejorar a\u00fan m\u00e1s la vida \u00fatil de las c\u00e9lulas solares, dispositivos emisores de luz y fotodetectores de perovskita”, dijo Carlos Alejandro Figueroa Morales, doctor estudiante de ciencias e ingenier\u00eda macromoleculares y uno de los primeros autores del estudio.<\/p>\n\n\n\n