Una sal llamada tiocianato de guanidinio puede mejorar la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita, una nueva clase de semiconductor que podría hacer que la energía solar sea más barata y más potente, según investigadores de la UCL.
En un estudio publicado en la Revista de la Sociedad Química Americana , el equipo demostró que el tiocianato de guanidinio puede ralentizar y controlar la formación de cristales de perovskita durante la fabricación, creando capas más lisas y uniformes. Esto ayuda a reducir los pequeños defectos del material que pueden afectar el rendimiento y acortar la vida útil de una célula.
Las células de perovskita en tándem (es decir, dos o más capas de células solares apiladas una sobre otra) se consideran el futuro de la tecnología de energía solar ultraeficiente. Esto se debe a que cada capa puede ajustarse para absorber diferentes partes del espectro solar, lo que significa que pueden convertir una mayor parte de esa luz en electricidad. El nuevo estudio utilizó perovskitas mixtas de estaño y plomo, que suelen ser la capa inferior de las células apiladas.
El autor correspondiente, Dr. Tom Macdonald (Ingeniería Electrónica y Eléctrica de UCL), afirmó: «Nuestro enfoque proporciona una manera sencilla y eficaz de mejorar la calidad de la perovskita durante la fabricación, generando células solares de mayor rendimiento y más estables, requisitos clave para el éxito comercial».
En las pruebas, el equipo logró una eficiencia del 22,3 % para este material, cercana a la mejor registrada para perovskitas mixtas de estaño y plomo. A modo de comparación, las mejores células solares de silicio en el laboratorio han alcanzado una eficiencia cercana al 27 %, mientras que la mayoría de los paneles comerciales instalados en tejados actualmente ofrecen alrededor del 22 %. Los dispositivos tándem de perovskita (es decir, que utilizan más de una capa de células de perovskita ) ya han superado el 30 % en el laboratorio, lo que pone de manifiesto su potencial para lograr un cambio radical en la generación de energía solar.
El uso de sal como lo demostró el equipo de la UCL para la capa inferior de las células tándem (ya sea tiocianato de guanidinio o potencialmente otro agente) probablemente aumentaría aún más esta eficiencia récord mundial.
Las células solares de perovskita ya son conocidas por su tolerancia a los defectos, pero reducirlos al máximo es clave para lograr una mayor eficiencia y dispositivos más duraderos. El aditivo de guanidinio proporciona a los investigadores un mayor control sobre el crecimiento de los cristales, lo que limita las imperfecciones que se producen cuando el material se forma demasiado rápido.
El primer autor, Yueyao Dong (Ingeniería Electrónica y Eléctrica de la UCL), afirmó: «Este trabajo nos proporcionó información valiosa sobre el proceso de formación de cristales. Al modularlo de forma controlada, pudimos crear películas de mucha mayor calidad, un cambio que se traduce directamente en dispositivos más eficientes y duraderos».
El coautor, el Dr. Chieh-Ting Lin (Universidad Nacional Chung Hsing), agregó: «Abre la puerta al ajuste fino de la estructura de las perovskitas para células solares tándem de alto rendimiento, con el potencial de ampliar significativamente los límites de la eficiencia».
Las células solares de perovskita han surgido en la última década como una alternativa líder a los paneles solares tradicionales de silicio. Al igual que el silicio, las perovskitas son semiconductores: materiales capaces de conducir la electricidad en ciertas condiciones.
Una ventaja de las perovskitas es que pueden fabricarse a bajas temperaturas mediante procesos más sencillos y de menor consumo energético. Esto las hace atractivas para la fabricación a gran escala y abre la posibilidad de paneles solares ligeros y flexibles.
Las células de perovskita también pueden ajustarse para capturar diferentes partes del espectro solar, lo que las hace ideales para células solares en tándem. Estas células pueden combinar perovskita con silicio para captar más luz solar o configurarse como tándems de perovskita, lo que ofrece una mayor capacidad de ajuste para la captación de luz y mayor flexibilidad de fabricación.
Si bien las sales de guanidinio se han utilizado anteriormente en la investigación de perovskitas, este estudio proporciona una nueva perspectiva sobre cómo influyen en la formación de cristales y cómo esto puede conducir a células solares más eficientes y estables. El trabajo se basa en investigaciones previas del equipo, publicadas en ACS Energy Letters , que demostraron que el guanidinio también puede ayudar a mejorar el transporte de carga y reducir el movimiento indeseado de iones dentro de la célula.
A medida que crece la demanda de energía limpia, la capacidad de fabricar células solares de alta eficiencia y bajo coste a gran escala será crucial. Avances como estos podrían ayudar a superar los obstáculos que aún impiden la comercialización de la tecnología de perovskita, abriendo el camino a paneles solares de nueva generación más eficientes, duraderos y asequibles.
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Imagen
- Crédito de la imagen del héroe: bombermoon en iStock.
- Ilustración de una célula solar individual y otra en tándem. Crédito: Tom Macdonald.
UCL News. Traducido al español
