Un estudio de la Universidad Rice en Estados Unidos describe una forma de sintetizar yoduro de plomo de formamidinio (FAPbI 3), el cristal que se utiliza actualmente para fabricar las células solares de perovskita de mayor eficiencia, en películas fotovoltaicas ultraestables y de alta calidad.
Tras someter las células solares FAPbI 3 a pruebas durante más de 1.000 horas de funcionamiento a temperaturas de 85 grados Celsius (185 Fahrenheit), la eficiencia general resultante disminuyó menos del 3%. La clave fue añadir a la solución precursora de FAPbI 3 perovskitas bidimensionales (2D) especialmente diseñadas. Estas sirvieron como plantilla que guió el crecimiento de la perovskita en masa/3D, proporcionando compresión y estabilidad adicionales a la estructura de la red cristalina. El estudio se ha publicado en la revista Science.
Los cristales de perovskita se rompen de dos maneras: químicamente, destruyendo las moléculas que forman el cristal; y estructuralmente, reordenando las moléculas para formar un cristal diferente, según explican los investigadores. De los distintos cristales que se utilizan en las células solares, los más estables químicamente son también los menos estables estructuralmente y viceversa. FAPbI 3 se encuentra en el extremo estructuralmente inestable de ese espectro.
Mejora de la estabilidad mediante perovskitas 2D
Si bien son más estables que FAPbI 3 tanto química como estructuralmente, las perovskitas 2D no suelen ser buenas para captar luz, lo que las convierte en una mala elección de material para las células solares. Sin embargo, los investigadores plantearon la hipótesis de que las perovskitas 2D utilizadas como plantillas para el crecimiento de películas de FAPbI 3 podrían impartir estabilidad a estas últimas.
Para probar esta idea, desarrollaron cuatro tipos diferentes de perovskitas 2D (dos con una estructura superficial casi indistinguible de la de FAPbI 3 y dos menos coincidentes) y las utilizaron para crear diferentes formulaciones de películas de FAPbI 3. La adición de cristales 2D bien emparejados facilitó la formación de cristales FAPbI 3, lo que valida la hipótesis de los expertos. Las películas FAPbI 3 con cristales 2D eran de mayor calidad, mostraban menos desorden interno y mostraban una respuesta más fuerte a la iluminación, lo que se traducía en una mayor eficiencia.
Más durabilidad para su comercialización
Las plantillas de perovskitas 2D mejoraron no sólo la eficiencia de las células solares FAPbI 3, sino también su durabilidad. Mientras que las células solares sin perovskitas 2D se degradaron significativamente después de dos días de generar electricidad a partir de la luz solar, las células solares que sí las poseían no comenzaron a degradarse incluso después de 20 días. Además, al agregar una capa de encapsulación a las células solares con plantilla 2D, se mejoró aún más la estabilidad a escalas de tiempo cercanas a la relevancia comercial.
Estos hallazgos podrían tener un impacto transformador en las tecnologías fotovoltaicas, reduciendo los costes de fabricación y permitiendo la construcción de paneles solares con una estructura simplificada más liviana y flexible que sus homólogos basados en silicio.
Los expertos de la Universidad Rice destacaron la importancia de los avances en las tecnologías e infraestructura de energía solar para alcanzar el objetivo de emisiones de gases de efecto invernadero para 2030 y evitar un aumento de 1,5 grados Celsius en las temperaturas globales, en línea con el propósito de lograr la neutralidad de carbono para 2050.