Células solares de perovskita eficientes y estables

Investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) han desarrollado un aditivo que mejora el crecimiento de las películas de perovskita y aumenta la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita.

Las celdas solares de perovskita (PVSC) tienen una alta eficiencia de conversión de energía y un bajo costo, lo que las convierte en una alternativa prometedora a las celdas solares tradicionales basadas en silicio. Sin embargo, lograr la estabilidad a largo plazo fue un gran desafío en su desarrollo.

Investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) han desarrollado un aditivo multifuncional y no volátil para modular el crecimiento de las películas de perovskita, mejorando así la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita. Esta estrategia puede apoyar la comercialización de PVSC. Los aditivos multifuncionales como este se pueden usar para crear varias composiciones de perovskita, lo que da como resultado células solares altamente eficientes y estables. Esto puede ayudar a aumentar la producción de grandes paneles solares.

Los investigadores han desarrollado una forma simple pero eficiente de mejorar la calidad de las películas de perovskita mediante el control de su crecimiento. Descubrieron que la introducción de una molécula multifuncional en el precursor de perovskita creaba una fase intermedia que estaba conectada por enlaces de hidrógeno. Esta fase intermedia reguló el proceso de cristalización, dando como resultado películas de perovskita de calidad superior que exhiben granos de cristal de perovskita considerables y un patrón de crecimiento de grano uniforme que se extiende desde la parte inferior hasta la parte superior de la película. Además, debido a su no volatilidad, esta molécula puede actuar como un potente conector para la pasivación de defectos en la película de perovskita recocida, lo que da como resultado una reducción significativa de las pérdidas por recombinación no radiativa y una mejora sustancial en la calidad de la película.

Con la introducción del clorhidrato de ácido 4-guanidinobenzoico (GBAC), los experimentos mostraron una reducción significativa en la densidad de defectos de las películas de perovskita. Esta modificación resultó en un aumento significativo en la eficiencia de conversión de energía de las células solares de perovskita invertida, alcanzando el 24,8%, un valor entre los más altos reportados en la literatura. La pérdida de energía del dispositivo se redujo a 0,36 eV, una de las más bajas entre los dispositivos PVSC de alta eficiencia. Los dispositivos sin encapsular mostraron una estabilidad térmica mejorada, manteniendo el 98 % de la eficiencia inicial durante 1000 horas de calentamiento continuo a 65 ± 5 °C en una caja de guantes llena de nitrógeno. El equipo demostró la eficacia de esta estrategia para varias composiciones de perovskita y dispositivos a gran escala. Un dispositivo de 1 cm2 en el experimento proporcionó una alta eficiencia de conversión de energía (PCE) del 22,7 %, lo que demuestra el potencial para fabricar PVSC escalables y de alta eficiencia.

Los investigadores creen que este trabajo proporciona un camino claro para optimizar la calidad de la película de perovskita y permitir el desarrollo de células solares de perovskita altamente eficientes y estables para aplicaciones prácticas. El equipo planea ampliar las estructuras moleculares, optimizar la estructura de los dispositivos y fabricar dispositivos de gran superficie a través de la ingeniería de ensamblaje e interfaz.

Referencia: Fengzhu Li et al, Intermedio enlazado con hidrógeno para células solares de perovskita con eficiencia y estabilidad mejoradas, fotónica de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01180-6