Investigadores alemanes desarrollan una célula solar de perovskita de larga duración

Las perovskitas son la máxima esperanza para los módulos solares del futuro. El mayor obstáculo para el uso práctico ha sido hasta ahora la corta vida útil, pero esto podría cambiar pronto. En el número actual de la reconocida revista Nature Energy, investigadores del Instituto Helmholtz Erlangen-Nürnberg en Forschungszentrum Jülich presentaron una variante que destaca por su particular estabilidad. En pruebas a temperatura e iluminación elevadas durante 1450 horas de funcionamiento, la celda a base de perovskita retuvo el 99 por ciento de su eficiencia inicial.

"El talón de Aquiles de las células solares de perovskita es su baja durabilidad", explica el profesor Christoph Brabec del Instituto Helmholtz Erlangen-Nürnberg (HI ERN) en Forschungszentrum Jülich. “Los módulos de silicio clásicos son bastante duraderos. Incluso después de más de 20 años de uso práctico, solo pierden un poco de su rendimiento”. Por el contrario, las células solares hechas de perovskita generalmente pierden su eficiencia después de unos pocos días o semanas. Los modelos anteriores literalmente podían verse a medida que envejecían: la eficiencia disminuía en segundos o minutos después de que se encendiera la iluminación del laboratorio.

“La celda solar que ahora hemos presentado en _Nature Energy _impresiona por su extraordinaria estabilidad. Ciertamente, los valores se encuentran entre los mejores que jamás se hayan medido para una célula solar de perovskita plana en una prueba a largo plazo”, dijo Brabec. La celda iluminada tuvo que soportar 1.450 horas a temperaturas elevadas de alrededor de 65 grados Celsius en el laboratorio y permaneció en gran parte estable durante todo el período de prueba. Al final, todavía estaba al 99 por ciento de su eficiencia inicial. “Siempre es difícil hacer un pronóstico a largo plazo. Pero la célula solar de perovskita que ahora hemos desarrollado ciertamente podría funcionar durante más de 20.000 horas de funcionamiento en circunstancias normales”, estima el profesor Brabec.

El resultado no es una coincidencia. En la búsqueda del material adecuado, los investigadores verificaron sistemáticamente cientos de diferentes mezclas de perovskita para determinar su idoneidad utilizando métodos de alto rendimiento. Luego, los investigadores utilizaron lo mejor para construir su célula. “Incluso si solo confía en componentes probados y comprobados, se le ocurre una enorme cantidad de posibles composiciones que podemos fabricar y probar automáticamente con nuestros procesos. En otros estudios, a veces es incluso significativamente mayor”, explica Yicheng Zhao, quien jugó un papel decisivo en la realización de las investigaciones. “Por tanto, tenemos que proceder de forma sistemática para identificar las mejores combinaciones de materiales”.

Otro paso importante hacia la optimización se refiere al contacto estable de la perovskita dentro de la celda, que se construye en varias capas delgadas. Los dopantes iónicos o las nanopartículas de óxidos metálicos que se utilizan habitualmente como contactos tienden a provocar reacciones secundarias a temperaturas más elevadas. Estos incluso pueden conducir a la corrosión de los electrodos metálicos, como pudieron demostrar los investigadores del HI ERN a través de mediciones y exámenes de microscopía electrónica de barrido. La conductividad eléctrica y de contacto se deteriora desde el principio.

“Para mejorar la estabilidad en el punto de contacto, empaquetamos todo el electrodo en una especie de cubierta protectora”, dice Zhao. Una nueva estructura de polímero de doble capa, cuya parte inferior está sin dopar y la parte superior está dopada con un dopante no iónico, protege contra la descomposición y asegura que se mantenga el contacto. Por un lado, esta arquitectura protege la interfaz muy sensible a la perovskita y, por otro lado, muestra una conductividad extremadamente estable, incluso a temperaturas elevadas.

Para el futuro, los investigadores de HI ERN ahora se esfuerzan por lograr más mejoras de eficiencia. “Con una eficiencia del 20,9 por ciento, la celda probada aún no utiliza completamente su potencial. En un futuro próximo debería ser posible alcanzar entre un 24 y un 25 por ciento”, explica Yicheng Zhao.