Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) ha realizado una investigación en colaboración con otras instituciones en la que se ha descubierto nuevas formas de optimizar la eficiencia y controlar mejor la degradación de las células solares mediante la ingeniería de la estructura a nanoescala de los dispositivos de perovskita. El estudio revela nuevos conocimientos sobre cómo fabricar células solares de perovskita de alta eficiencia y proporciona nuevas directrices para los ingenieros que trabajan para llevar estas células solares al mercado comercial.
El estudio analiza cómo ‘pasivar’ la superficie del material, cambiando sus propiedades de tal manera que la perovskita ya no se degrade tan rápidamente ni pierda eficiencia. Los investigadores señalan que la clave es identificar la química de las interfaces, el lugar donde la perovskita se encuentra con otros materiales, es decir, los lugares donde se apilan diferentes materiales junto a la perovskita para facilitar el flujo de corriente a través del dispositivo.
Los ingenieros del sector fotovoltaico han desarrollado en los últimos años métodos de pasivación utilizando una solución que crea una fina capa pasivante, pero les faltaba una comprensión detallada de cómo funciona este proceso, lo cual es esencial para seguir avanzando en la búsqueda de mejores recubrimientos. Por ello, este estudio abordó la capacidad de pasivar esas interfaces y dilucidar el por qué esta pasivación funciona tan bien.
El equipo utilizó algunos de los instrumentos más potentes disponibles en laboratorios de todo el mundo para observar con detalle las interfaces entre la capa de perovskita y otros materiales, y cómo se desarrollan. Este examen minucioso del proceso de recubrimiento de pasivación y sus efectos dio como resultado la hoja de ruta más clara hasta el momento sobre los pasos a seguir para ajustar la alineación de energía en las interfaces de las perovskitas y los materiales vecinos, y así mejorar su rendimiento general. El trabajo ha sido publicado en la revista Nature Energy.
Directrices para evitar pérdidas de eficiencia en células solares
Si bien la mayor parte del material de perovskita tiene la forma de una red cristalina de átomos perfectamente ordenada, este orden se rompe en la superficie. Puede haber átomos adicionales sobresaliendo o espacios vacíos donde faltan átomos, y estos defectos causan pérdidas en la eficiencia del material. Ahí es donde entra en juego la necesidad de pasivación.
Así, los investigadores han creado una guía sobre cómo ajustar las superficies donde se encuentran muchos de estos defectos, para garantizar que no se pierda energía en las superficies. Se trata del primer documento que demuestra cómo controlar y diseñar sistemáticamente campos de superficie en perovskitas.
La pasivación reduce la pérdida de energía de los electrones en la superficie después de haber sido desprendidos por la luz solar. Estas pérdidas reducen la eficiencia general de la conversión de luz solar en electricidad, por lo que reducir las pérdidas aumenta la eficiencia neta de las células solares.
Esto podría conducir rápidamente a mejoras en la eficiencia de los materiales a la hora de convertir la luz solar en electricidad. Los recientes récords de eficiencia para una sola capa de perovskita han oscilado entre aproximadamente el 24 y el 26%, mientras que la eficiencia teórica máxima que podría alcanzarse es de aproximadamente el 30%.
Los investigadores señalan que, aunque trasladar una eficiencia récord alcanzada en un entorno de laboratorio a escala comercial lleva tiempo, esperan que pronto se puedan llevar a cabo estas mejoras en la industria fotovoltaica.