El mundo de la energía solar ha dado un paso gigantesco gracias a una innovación liderada por la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China (UESTC). Un equipo de investigadores ha desarrollado módulos solares de perovskita invertida, los cuales mantienen un impresionante 94% de eficiencia tras 1,000 horas de exposición continua a la luz. Este avance representa un gran impulso para la adopción comercial de esta tecnología prometedora.
¿Qué hace especial a esta tecnología?
La clave de esta innovación radica en la incorporación de pirrodiazol (PZ) a las películas de perovskita basadas en yoduro de formamidinio (FAI). Este aditivo mejora la estabilidad de las capas de perovskita y permite la producción a gran escala mediante recubrimiento por ranura en condiciones de aire abierto. Gracias a esta metodología, se logró una estructura homogénea y resistente, evitando defectos y mejorando la calidad del material.
Estructura de las celdas solares de perovskita invertida
Las celdas solares de perovskita pueden tener dos diseños principales: el convencional «n-i-p» y el invertido «p-i-n». En la versión invertida, la capa de transporte de huecos (p) se encuentra en la parte inferior, mientras que la capa de transporte de electrones (n) está en la parte superior. Esta configuración permite que la luz incida primero sobre la capa de transporte de huecos, a diferencia de las celdas n-i-p donde la iluminación se da a través de la capa de transporte de electrones.
Según los investigadores, la incorporación de PZ estabiliza el yoduro de plomo (PbI2) y el FAI durante el proceso de cristalización. Este aditivo forma pares ácido-base de Lewis con el PbI2 y enlaces de hidrógeno con el FAI, lo que reduce la agregación coloidal y mejora la uniformidad del material. Como resultado, la película de perovskita es más uniforme y presenta menos defectos.
Mejoras en eficiencia y estabilidad
Los investigadores desarrollaron una estructura multicapa compuesta por:
- Un sustrato de vidrio con óxido de estaño dopado con flúr (FTO)
- Una película de óxido de níquel (NiOx) depositada por pulverización
- Una capa de carbazol metilado (Me-4PACz)
- La película de perovskita, depositada mediante recubrimiento por ranura en aire abierto
- Una capa de buckyball C60 como material de transporte de electrones
- Una capa amortiguadora de bathocuproina (BCP)
- Un contacto de cobre (Cu)
El recubrimiento con Me-4PACz y el posterior proceso de deposición de perovskita en aire abierto permitieron controlar el crecimiento de los cristales. Esto resultó en granos de perovskita grandes y uniformes, mejorando la eficiencia y durabilidad del módulo.
Las pruebas demostraron que estos mini módulos solares alcanzaron un pico de eficiencia del 21.5%, con una certificación de 20.3% en un área de apertura superior a 50 cm². Además, tras 1,000 horas de exposición continua a la luz y 65% de humedad relativa, los módulos conservaron el 94% de su eficiencia inicial. Esto es un gran salto en la estabilidad de las celdas de perovskita, que tradicionalmente han tenido problemas de degradación rápida.
Hacia la producción a gran escala
Los experimentos utilizaron módulos de perovskita de 10 cm x 10 cm con 11 subceldas conectadas. Su rendimiento fue validado por el Instituto Nacional de Medición y Pruebas de China, confirmando su fiabilidad. En pruebas posteriores, los módulos con una área de apertura de 56.5 cm² mostraron un aumento de eficiencia del 18.2% al 21.5% gracias al uso de PZ. Sin embargo, variantes como PZ-I y PZ-II no mostraron el mismo nivel de mejora, con eficiencias de 17.9% y 17.0%, respectivamente.
Los investigadores destacaron que su próximo objetivo es optimizar la eficiencia y estabilidad de las celdas solares de perovskita-silicio en tándem. Esto podría ser un paso definitivo para llevar la tecnología de perovskita al mercado masivo y competir con las celdas solares convencionales de silicio.
Un futuro prometedor para la energía solar
La investigación, publicada en Nature Communications, contó con la participación de científicos de la UESTC, la Universidad de Guangzhou, la Universidad China Jiliang y el Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP) en Francia.
Desde WWWhatsnew consideramos que este avance podría marcar un punto de inflexión en la transición hacia energías renovables más accesibles y eficientes. La estabilidad lograda con esta tecnología abre la puerta a aplicaciones a gran escala, reduciendo costos y aumentando la adopción de la energía solar en todo el mundo.