Las perovskitas de haluro de estaño (Sn-HP) son materiales prometedores para las células solares de próxima generación, pero enfrentan problemas relacionados con la estabilidad y la eficiencia de conversión. En este contexto, investigadores de la Universidad Chung-Ang de Seúl (Corea del Sur) revelaron que el uso de 4-feniltiosemicarbazida (4PTSC) como aditivo puede mejorar el rendimiento y la durabilidad de las células solares basadas en Sn-HP al controlar la formación de cristales, pasivar defectos y proteger el material de la oxidación y la humedad.
Las perovskitas de haluro de estaño (Sn-HP) son alternativas a las perovskitas basadas en plomo (Pb) de rendimiento excepcionalmente alto, además de ser un material menos tóxico para el medio ambiente.
Sin embargo, las células solares de perovskita fabricadas a partir de Sn-HP aún enfrentan varios desafíos. En particular, la cristalización rápida y desordenada durante la producción conduce a la formación de defectos en la estructura cristalina de la capa de perovskita, lo que dificulta la eficiencia de conversión. Además, las Sn-HP sufren de baja estabilidad y alta sensibilidad a la humedad y las condiciones ambientales, lo que limita la vida útil general de las células solares.
Un equipo de la Universidad Chung-Ang de Seúl (Corea del Sur) ha llevado a cabo un estudio, publicado en la revista científica Advanced Energy Materials, que revela que la introducción de 4-feniltiosemicarbazida (4PTSC) como aditivo durante la producción de Sn-HP puede mejorar el rendimiento de las células solares.
Uso de 4PTSC en perovskitas de haluro de estaño
A través de análisis exhaustivos y comparaciones experimentales entre las células solares de Sn-HP normales y las que contienen el aditivo propuesto, los investigadores demostraron las múltiples funcionalidades de 4PTSC como aditivo. Se trata de una molécula multifuncional que actúa como complejo de coordinación y agente reductor, pasiva la formación de defectos y mejora la estabilidad.
Así, el 4PTSC funciona como un ligando que puede regular eficazmente el proceso de crecimiento de los cristales. Por un lado, el anillo de fenilo conjugado en la molécula de 4PTSC promueve la orientación preferida del crecimiento de los cristales, minimizando la formación de defectos. A su vez, esto protege la superficie de la perovskita y evita que se generen reacciones no deseadas. Además, dificulta la oxidación del material y la migración de iones, lo que mejora la estabilidad de las células solares.
Gracias a este potente aditivo, los investigadores pudieron producir células solares de perovskita con una eficiencia máxima del 12,22% con un voltaje de circuito abierto mejorado de 0,94 V, y mostraron una estabilidad superior a largo plazo, manteniendo casi el 100% de la eficiencia de conversión de energía inicial, incluso después de 500 horas, y aproximadamente el 80% después de 1.200 horas en condiciones ambientales sin ningún tipo de encapsulación.
Dado que las Sn-HP son relativamente baratas de fabricar y demuestran un buen rendimiento y una gran durabilidad, los hallazgos de este estudio podrían allanar el camino hacia paneles solares más accesibles y duraderos, según indican los investigadores.