Investigadores japoneses usan manganeso para aumentar el rendimiento de células de perovskita

La Unidad de Materiales de Energía y Ciencias de la Superficie del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), dirigida por el profesor Yabing Qi, ha desarrollado dispositivos que utilizan un nuevo material de perovskita que es estable, eficiente y relativamente barato de producir, allanando el camino para su uso en las células solares del futuro. Su trabajo fue publicado recientemente en Advanced Energy Materials, al que han contribuido los investigadores Jia Liang y Zonghao Liu.

Este material tiene varias características clave. Primero, es completamente inorgánico, un cambio importante, porque los componentes orgánicos generalmente no son termoestables y se degradan bajo el calor. Dado que las células solares pueden calentarse mucho al sol, la estabilidad térmica es crucial.

Al reemplazar las partes orgánicas con materiales inorgánicos, los investigadores hicieron que las células solares de perovskita fueran mucho más estables.  "Las células solares casi no se modifican después de la exposición a la luz durante 300 horas", dice Zonghao Liu, autor del artículo.

Las células solares de perovskita totalmente inorgánicas están construidas en varias capas. La capa inferior es de vidrio, que tiene varios milímetros de grosor. La segunda capa es un material conductor transparente llamado FTO. Luego viene una capa sensible a los electrones hecha de óxido de titanio. La cuarta capa es la perovskita fotoactiva. Finalmente, la capa superior es carbono (ver imagen).

Sin embargo, las células solares de perovskita inorgánicas tienden a tener una absorción de luz menor que los híbridos orgánico-inorgánicos. Aquí es donde aparece la segunda característica: los investigadores del OIST doparon sus nuevas células con manganeso para mejorar su rendimiento. El manganeso cambia la estructura cristalina del material, aumentando su capacidad de recolección ligera.  "Al igual que cuando se agrega sal a un plato para cambiar su sabor, cuando agregamos manganeso, cambia las propiedades de la célula solar", dice Liu.

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En tercer lugar, en estas células solares, los electrodos que transportan la corriente entre las células solares y los cables externos están hechos de carbono, en lugar del oro habitual. Dichos electrodos son significativamente más baratos y fáciles de producir, en parte porque se pueden imprimir directamente en las células solares. La fabricación de electrodos de oro, por otro lado, requiere altas temperaturas y equipos especializados, como una cámara de vacío.

Aún quedan varios desafíos por superar antes de que las células solares de perovskita se vuelvan comercialmente viables como las células solares de silicio. Por ejemplo, mientras que las células solares de perovskita pueden durar uno o dos años, las células solares de silicio pueden funcionar durante 20 años.

Qi y sus colegas continúan trabajando en la eficiencia y durabilidad de estas nuevas células, y también están desarrollando el proceso de fabricación a escala comercial. Dado lo rápido que se ha desarrollado la tecnología desde que se informó la primera célula solar de perovskita en 2009, el futuro de estas nuevas células parece brillante.