La Universidad de Northwestern, en Estados Unidos, ha alcanzado una nueva combinación de moléculas para las células solares de perovskita que posee una eficiencia superior al 25%. Los hallazgos, publicados en la revista científica Science, describen una solución de doble molécula para superar las pérdidas de eficiencia a medida que la luz solar se convierte en energía.
Al incorporar una molécula para abordar un proceso llamado recombinación de superficie, en la que los electrones se pierden cuando quedan atrapados por defectos (átomos faltantes en la superficie), y una segunda molécula para interrumpir la recombinación en la interfaz entre capas, el equipo logró una eficiencia del 25,1% certificada por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL). Los enfoques anteriores alcanzaron eficiencias de solo el 24,09%.
Las células solares convencionales están hechas de obleas de silicio de alta pureza cuya producción consume mucha energía y solo puede absorber un rango fijo del espectro solar, mientras que la perovskita posee un tamaño y composición que se pueden ajustar para «sintonizar» las longitudes de onda de la luz que absorben. Esto convierte la perovskita en una tecnología tándem emergente favorable y potencialmente de menor coste y alta eficiencia.
Investigaciones previas sobre la célula solar de perovskita
Históricamente, las células solares de perovskita han estado plagadas de desafíos para mejorar la eficiencia debido a su relativa inestabilidad. En los últimos años, los avances de los expertos han llevado la eficiencia de las células solares de perovskita al mismo rango que se puede lograr con el silicio.
En esta investigación, en lugar de tratar de ayudar a la célula a absorber más luz solar, el equipo se centró en mantener y retener los electrones generados para aumentar la eficiencia. Cuando la capa de perovskita entra en contacto con la capa de transporte de electrones de la célula, los electrones se mueven de una a otra. Pero el electrón puede moverse hacia afuera y llenarse, o «recombinarse» con los agujeros que existen en la capa de perovskita.
Investigaciones anteriores del mismo equipo encontraron evidencias de que la molécula PDAI2 hace un buen trabajo en la resolución de la recombinación de interfaz. A continuación, necesitaban encontrar una molécula que funcionara para reparar los defectos de la superficie y evitar que los electrones se recombinaran con ellos. Al encontrar el mecanismo que permitiría a PDAI2 trabajar con una molécula secundaria, el equipo se centró en el azufre, que podría reemplazar a los grupos de carbono, generalmente pobres para evitar que los electrones se muevan, para cubrir los átomos faltantes y suprimir la recombinación.
Un artículo reciente del mismo grupo publicado en Nature desarrolló un recubrimiento para el sustrato debajo de la capa de perovskita para ayudar a la célula a trabajar a una temperatura más alta durante un período más largo. Esta solución puede funcionar en conjunto con los recientes hallazgos.
El equipo de investigación espera que sus hallazgos alienten a la comunidad científica a continuar avanzando en este sentido, para seguir por la ruta de una recolección solar cada vez más eficiente.