Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) en colaboración con científicos de la Universidad de Toledo, la Universidad de Colorado-Boulder y la Universidad de California-San Diego han logrado un avance tecnológico y construyeron una celda solar de perovskita con el doble beneficio de ser altamente eficiente y altamente estable.
Una estructura arquitectónica única permitió a los investigadores registrar una eficiencia estabilizada certificada del 24% bajo iluminación de 1 sol, lo que la convierte en la más alta de su tipo. La celda altamente eficiente también retuvo el 87% de su eficiencia original después de 2.400 horas de funcionamiento a 55 grados centígrados.
La perovskita, que se refiere a una estructura cristalina, ha surgido en la última década como un medio impresionante para capturar la luz solar de manera eficiente y convertirla en electricidad. La investigación sobre las células solares de perovskita se ha centrado en gran medida en cómo aumentar su estabilidad.
"Algunas personas pueden demostrar perovskitas con alta estabilidad, pero la eficiencia es menor", dijo Kai Zhu, científico principal del Centro de Química y Nanociencia de NREL. “Debes tener una alta eficiencia y una alta estabilidad simultáneamente. Eso es desafiante”.
Arquitectura invertida
Los investigadores utilizaron una arquitectura invertida, en lugar de la arquitectura "normal" que hasta la fecha ha producido las mayores eficiencias. La diferencia entre los dos tipos se define por cómo se depositan las capas sobre el sustrato de vidrio. La arquitectura de perovskita invertida es conocida por su alta estabilidad e integración en células solares en tándem. El equipo dirigido por NREL también agregó una nueva molécula, 3-(Aminometil) piridina (3-APy), a la superficie de la perovskita. La molécula reaccionó al formamidinio dentro de la perovskita para crear un campo eléctrico en la superficie de la capa de perovskita.
“Eso de repente nos dio un gran impulso no solo de eficiencia sino también de estabilidad”, dijo Zhu.
Los científicos informaron que la ingeniería de superficie reactiva 3-APy puede mejorar la eficiencia de una celda invertida de menos del 23 % a más del 25 %. También señalaron que la ingeniería de superficie reactiva se destaca como un enfoque eficaz para mejorar significativamente el rendimiento de las celdas invertidas "a nuevos niveles de eficiencia y confiabilidad operativa de última generación".
La financiación para la investigación realizada en NREL provino del Centro de Semiconductores Orgánicos-Inorgánicos Híbridos para Energía (CHOISE), un Centro de Investigación de Frontera Energética dentro de la Oficina de Ciencias Energéticas Básicas del DOE, y de la Oficina de Tecnologías de Energía Solar del DOE.
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