Científicos de Stanford se inspiran en los ojos de una mosca para el diseño de células solares de perovskita

Los científicos de la Universidad de Stanford han encapsulado pequeñas células de perovskita en una estructura de resina epoxídica hexagonal, mejorando la durabilidad del material cuando se expone a la humedad, el calor y el estrés mecánico en un avance que puede abrir la puerta a la mejora esperada de la estabilidad operativa de la perovskita.

A medida que su fragilidad intrínseca continúa eclipsando las esperanzas de que la perovskita de bajo coste reemplace un día al silicio tradicional en la producción de módulos fotovoltaicos, investigadores de todo el mundo se han tomado un gran interés en mejorar la resistencia y estabilidad del material. En el último esfuerzo de este tipo, científicos de la Universidad de Stanford de California han presentado un nuevo concepto en el diseño de células solares, inspirado en el ojo compuesto de una mosca.

Habiendo descubierto que el diseño plano no funcionaba bien con esta tecnología, los investigadores crearon una célula solar compuesta de un vasto panal de microcélulas de perovskita, cada una de ellas encapsulada en una estructura hexagonal de apenas 0,02 pulgadas de ancho. Estando hecho de una resina epoxídica barata que muestra alta resiliencia al esfuerzo mecánico, la estructura actúa como una capa de refuerzo que protege cada segmento del sistema.

"Las perovskitas son materiales prometedores y de bajo costo que convierten la luz del sol en electricidad tan eficientemente como las células solares convencionales de silicio", dijo Reinhold Dauskardt, profesor de materiales e ingeniería y autor principal del estudio. "El problema es que las perovskitas son extremadamente inestables y mecánicamente frágiles. Apenas sobrevivirían al proceso de fabricación, y mucho menos a largo plazo en el medio ambiente".

Para probar la durabilidad del material, los investigadores expusieron células de perovskita encapsuladas a temperaturas de 185 ° F (85 ° C) y 85% de humedad relativa durante seis semanas. A pesar de estas condiciones extremas, las células continuaron generando electricidad a tasas razonablemente altas de eficiencia.

Según los resultados de la investigación publicados en la revista Energy & Environmental Science, el nuevo diseño aseguró una energía de fractura 30 veces mayor de este prometedor material de bajo coste, alcanzando ~ 13 J m-2.

"Hemos obtenido casi la misma eficiencia de conversión de potencia de cada pequeña célula de perovskita que obtendríamos de una célula solar plana", dijo Dauskardt. "Así que conseguimos un enorme aumento en la resistencia a las fracturas sin penalización de la eficiencia".

Al notar que el nuevo diseño también puede abrir el camino a algunas posibilidades estéticas interesantes para aplicaciones del mundo real, Dauskardt y su equipo han cambiado su enfoque a nuevas formas de dispersar la luz desde la estructura en el núcleo de perovskita de cada célula.

Recientemente, se han realizado una serie de avances en la estabilidad de la perovskita, incluyendo el uso de partículas aisladas de microgel de poliestireno en lugar de costosos polímeros, lo que no sólo mejora la estabilidad de la tecnología, sino que reduce los costes de fabricación, así como un híbrido 2D / 3D perovskita , que consiguió una eficiencia constante de 11,2% en condiciones estándar durante más de 10.000 horas.