Los investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado un método capaz de estabilizar un material prometedor conocido como perovskita para la creación de células solares más baratas sin que esto comprometa el rendimiento de los paneles solares.
La instalación de placas solares y la energía solar aprovecha la energía del sol para posteriormente convertirla en electricidad y así conseguir un autoconsumo que a su vez genere menos impacto en el medio ambiente. Optar por la instalación de paneles solares también nos permite ahorrar a corto y largo plazo en nuestra factura de la electricidad y debido al descubrimiento de varios investigadores de la Universidad de Cambridge, la fabricación de paneles solares será más barata gracias a este material alternativo al silicio: perovskita.
Alternativa barata para fabricar paneles solares
Investigadores de la Universidad de Cambridge han divulgado a través de la revista Science una investigación en la que usan una molécula orgánica como «plantilla» para guiar las películas de perovskita a la fase deseada a medida que se forman. Los materiales de perovskita ofrecen una alternativa más económica al silicio para la producción de dispositivos optoelectrónicos como células solares y LED.
Existen muchas perovskitas diferentes resultantes de distintas combinaciones de elementos, pero una de las más prometedoras es el cristal FAPbI3 basado en formamidinio (FA). Un compuesto térmicamente estable que no se encuentra muy lejos para ser apto para su aplicación a paneles solares.
Este es el motivo por el que los investigadores han aunado esfuerzos para desarrollar células solares de perovskita con el fin de distribuirlas comercialmente. Sin embargo, este compuesto puede existir en dos fases ligeramente diferentes: una fase que conduce a un excelente rendimiento fotovoltaico y otra que tiene muy poca producción de energía.
“Un gran problema con FAPbI3 es que la fase que se desea solo es estable a temperaturas superiores a 150 grados Celsius”, dijo Tiarnan Doherty del Laboratorio Cavendish de Cambridge, primer autor del artículo. «A temperatura ambiente, pasa a otra fase, lo que es realmente malo para la energía fotovoltaica”.
Las soluciones y alternativas más recientes para mantener este material en su fase deseada, que es a temperaturas más bajas, han supuesto la adición de diferentes iones positivos y negativos al compuesto.
“Eso ha sido exitoso y ha llevado a un récord de dispositivos fotovoltaicos, pero todavía se producen pérdidas de energía locales”, señaló Doherty, quien también está afiliado al Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología. “Terminas con regiones locales en la película que no están en la fase correcta”.
La perovskita un posible sustituto del silicio
Sobre el proceso de la razón por la cual la suma de esos iones mejoraron la estabilidad en general poco se sabía, es más, ni la estructura resultante de perovskita era conocida en ese momento.
“Hubo un consenso común de que cuando las personas estabilizan estos materiales, son una estructura cúbica ideal», dijo Doherty. «Pero lo que hemos demostrado es que, al agregar todas estas otras cosas, no son cúbicas en absoluto, están muy ligeramente distorsionadas. Hay una distorsión estructural muy sutil que da cierta estabilidad inherente a temperatura ambiente”, comentó.
Una distorsión tan pequeña que los investigadores no había sido capaces de detectar anteriormente hasta que Doherty y sus compañeros emplearon técnicas de medición estructurales más sensibles que jamás se habían utilizado ampliamente con materiales como la perovskita. En concreto, se utilizó la difracción de electrones de barrido y la resonancia magnética nuclear para ver por primera vez cómo era esa fase estable.
“Una vez que descubrimos que era la ligera distorsión estructural la que daba esta estabilidad, buscamos formas de lograr esto en la preparación de la película sin agregar ningún otro elemento a la mezcla”.
Un estudio con resultados prometedores
Satyawan Nagane, coautor de la investigación, utilizó una molécula orgánica llamada ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) como aditivo en la solución precursora de la perovskita que actuaba como un agente de plantillas que guía a la perovskita a la fase deseada, en la medida en la que se iba formando. El EDTA se conecta a la superficie del mineral, para dar un efecto de dirección de estructura, sin incorporarse directamente a la misma.
“Con este método, podemos lograr esa brecha de banda deseada porque no estamos agregando nada adicional al material, es solo una plantilla para guiar la formación de una película con la estructura distorsionada, y la película resultante es extremadamente estable”, dijo Nagane.
“Estos hallazgos cambian nuestra estrategia de optimización y las pautas de fabricación para estos materiales”, dijo el autor principal del estudio, el Dr. Sam Stranks, del Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de Cambridge. “Incluso los bolsillos pequeños que no están ligeramente distorsionados conducirán a pérdidas de rendimiento, por lo que las líneas de fabricación deberán tener un control muy preciso de cómo y dónde se depositan los diferentes componentes y aditivos ‘distorsionadores’. Esto asegurará que la pequeña distorsión sea uniforme en todas partes, sin excepciones”.
Los investigadores tienen la esperanza de que este estudio ayude a mejorar la estabilidad y el rendimiento de la perovskita. Los próximos pasos de la investigación se centrarán en la integración de este enfoque en dispositivos prototipo con el fin de explorar cómo esta técnica puede ayudar a obtener células fotovoltaicas de perovskita que ayuden a que los paneles solares vean reducido su coste en un futuro.
