Uno de los principales desafíos para la adopción generalizada de las células solares de perovskita es la estabilidad y la durabilidad. En este contexto, una nueva investigación del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) en Estados Unidos examina los mecanismos de degradación de las células solares de perovskita bajo la luz solar del exterior en comparación con los diodos emisores de luz más utilizados.
La investigación, publicada en la revista Science, descubrió que un material polimérico híbrido especial sintetizado y colocado dentro de la célula solar ayudó a mantener una alta eficiencia y mejoró la estabilidad ultravioleta (UV) en pruebas al aire libre.
La mayoría de las pruebas en células solares de perovskita se realizan en el entorno controlado del laboratorio utilizando diodos emisores de luz. Pero para acelerar la comercialización, se necesitan pruebas de rendimiento en exteriores para comprender los mecanismos subyacentes de la degradación por la luz solar y la temperatura, según señalan los investigadores.
Las películas delgadas de perovskita pueden descomponerse cuando reaccionan con la humedad y el oxígeno o cuando pasan un tiempo prolongado expuestas a la luz, el calor o el voltaje aplicado. Por ello, el equipo investigó el mecanismo de degradación inducida por la luz ultravioleta en células solares de perovskita con estructura de clavija con materiales de transporte de agujeros híbridos orgánicos (HTM) y desarrolló un método para reducir la brecha entre la durabilidad en interiores y exteriores.
Eficiencia operativa del 16%
En las células solares de perovskita, un campo eléctrico separa y expulsa los pares electrón-hueco generados por la luz solar que incide sobre el dispositivo del material semiconductor absorbente para generar electricidad. La capa de transporte recoge y traslada los electrones o huecos desde la capa de perovskita hasta los electrodos, lo que permite el flujo de electricidad.
Los investigadores determinaron que la degradación se debía a la débil unión química entre la capa de perovskita, la capa de polímero HTM y la capa de óxido conductor transparente (TCO). Esto provoca la degradación de las células solares bajo la luz solar con fuertes componentes UV. Centrándose en el enlace químico débil, los investigadores demostraron que un polímero sintetizado fortalece el enlace químico en la región perovskita/HTM/TCO.
Esta capa HTM híbrida se verificó en el Acelerador Fotovoltaico para la Comercialización de Tecnologías (PACT, por sus siglas en inglés) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés), y demostró un periodo inicial en el que la eficiencia operativa aumentó hasta aproximadamente el 16%. Después de 29 semanas de pruebas al aire libre, la eficiencia operativa se mantuvo por encima del 16%.