Celdas solares de perovskita invertida con una eficiencia de conversión de potencia del 22,3% - World Energy Trade

Celdas solares de perovskita invertida con una eficiencia de conversión de potencia del 22,3%

La perovskita invertida ha demostrado ser prometedora

La perovskita invertida ha demostrado ser prometedora

Investigación, Desarrollo e Innovación
Typography
  • Smaller Small Medium Big Bigger
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times
Inicio desactivadoInicio desactivadoInicio desactivadoInicio desactivadoInicio desactivado
 

Las células fotovoltaicas (PV), que pueden generar energía del sol, podrían ser muy útiles para abordar la crisis ambiental actual. Las células PV de perovskita, células hechas de semiconductores de perovskita de haluro metálico, recientemente han demostrado ser particularmente prometedoras, ya que los investigadores han logrado mejorar sustancialmente sus eficiencias de conversión de energía, del 3,8% hasta el 25,2%. 

Sus eficiencias notables hacen de las perovskitas un competidor líder en el desarrollo de la próxima generación de tecnologías fotovoltaicas procesables a baja temperatura. Las células PV de perovskita pueden tener dos arquetipos de diseño principales: la denominada estructura regular (nip) y la estructura invertida (pin). Hasta ahora, las celdas con una estructura regular han logrado las mayores eficiencias de conversión de potencia, mientras que aquellas con una estructura invertida han logrado tiempos de operación mucho más largos. 

ENERGÍAS ALTERNATIVAS
La próxima generación de invernaderos puede funcionar con energía solar

Los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST por sus siglas en inglés King Abdulah University of Science and Technology) y la Universidad de Toronto pudieron reducir recientemente la brecha de eficiencia observada previamente entre las células PV de perovskita con una estructura regular y aquellas con una estructura invertida. Su artículo, publicado en Nature Energy, presenta una nueva estrategia de diseño que les permitió fabricar células solares invertidas con una larga vida útil y una eficiencia de conversión de energía del 22,3%. 

"Los dispositivos fotovoltaicos Perovskite con las mayores eficiencias, que se basan en la estructura regular, tienen que incorporar dopantes iónicos en sus materiales de transporte de agujeros", dijo a TechXplore Xiaopeng Zheng, uno de los investigadores involucrados en el estudio. "Al deshacerse de estos dopantes inestables, los dispositivos fotovoltaicos invertidos han contribuido a los avances en la estabilidad operativa de la tecnología. Desafortunadamente, las eficiencias de conversión de energía de la perovskita fotovoltaica invertida están muy por detrás de las de los dispositivos estructurados regulares (20.9% vs. 25.2%). "

Según Zheng, para que las tecnologías fotovoltaicas de perovskita tengan un verdadero impacto comercial y ambiental, los investigadores primero deberán asegurarse de sobresalir tanto en su estabilidad operativa como en la eficiencia de conversión de energía. La estrategia de diseño que desarrolló en colaboración con sus colegas de KAUST y la Universidad de Toronto podría ayudar a lograr esto al mejorar las propiedades estructurales y optoelectrónicas de los materiales de perovskita que generalmente se usan para fabricar dispositivos fotovoltaicos

Figura 1. Representación de la estrategia a seguir por de anclaje de ligandos desarrollada por los investigadores. Crédito: Zheng et al.

Zheng y sus colegas agregaron una cantidad traza de ligandos de alquilamina (AAL) de anclaje superficial con diferentes longitudes de cadena a su material de perovskita. Esto les permitió alterar algunas de las propiedades del material, lo que condujo a mayores eficiencias de conversión de potencia que las que se observan típicamente en las células solares de perovskita PV con una estructura invertida. 

"Descubrimos que solo una pequeña cantidad de alquilamina durante el procesamiento era suficiente para alterar las propiedades del material de perovskita de las siguientes maneras ventajosas: (i) promover la orientación del grano de cristal; (ii) suprimir la densidad del estado de la trampa; (iii) reducir el portador de carga recombinación no radiactiva (es decir, pérdida), así como mejorar la movilidad de los portadores y las longitudes de difusión; (iv) inhibir la migración de iones en la perovskita", dijo a TechXplore Yi Hou, otro investigador involucrado en el estudio. 

Las películas de perovskita modificadas en la superficie AAL utilizadas por Zheng, Hou y sus colegas exhiben una orientación (100) y una densidad de estado de trampa sustancialmente menor en comparación con las películas no modificadas. También presentan una movilidad mejorada de portadores y longitudes de difusión, lo que da como resultado dispositivos con una eficiencia de conversión de energía estabilizada certificada del 22,3%. 

ENERGÍAS ALTERNATIVAS
La energía solar está superando el carbón en Australia, reduciendo las emisiones

"Los PV de perovskita son una tecnología joven y todavía tienen espacio para mejorar su estabilidad para acercarse a otras tecnologías fotovoltaicas bien establecidas, como c-Si y películas delgadas de base inorgánica", dijo a TechXplore Ted Sargent, otro investigador involucrado en el estudio. "Hemos reducido sustancialmente la brecha de eficiencia entre los dispositivos invertidos y los dispositivos normales utilizando solo pequeñas cantidades de alquilamina como modificadores de grano e interfaz". 

Los investigadores descubrieron que las células solares de perovskita creadas con su enfoque pueden funcionar durante más de 1,000 h en el punto de máxima potencia bajo una iluminación simulada AM1.5, sin ninguna pérdida de eficiencia. En el futuro, la estrategia de diseño que introdujeron podría acercar los materiales de perovskita al cumplimiento de las exigentes condiciones requeridas para la comercialización de células solares . 

 "Para la próxima etapa de nuestra investigación, buscaremos formas de producir PV de perovskita, para lograr dispositivos de área grande sin comprometer el alto rendimiento y la confiabilidad", dijo a TechXplore Osman Bakr, otro de los investigadores involucrados en el estudio.  

 Noticia Tomada de: Techxplore / Traducción libre de: World Energy Trade.

Te puede interesar: El Pabellón de España en Expo Dubai 2020 contará con autoconsumo solar de TSO