Investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) han desarrollado una célula solar de perovskita invertida basada en una monocapa autoensamblada (SAM) que, según se informa, puede mejorar la estabilidad térmica de la célula.
"Las implicaciones de esta investigación son de gran alcance, y sus aplicaciones potenciales podrían revolucionar la industria de la energía solar", declaró el profesor Zhu Zonglong, del Departamento de Química de la CityU, que colaboró con el profesor Li Zhongan, de la Universidad Huazhong de Ciencia y Tecnología.
Nuevo enfoque****
El equipo de CityU ha diseñado un tipo único de monocapa autoensamblada, o SAM por sus siglas en inglés, y la ha anclado en una superficie de nanopartículas de óxido de níquel como capa de extracción de carga.
"Nuestro método ha mejorado drásticamente la robustez térmica de las células", afirma el profesor Zhu, quien añade que la estabilidad térmica es un obstáculo importante para el despliegue comercial de las células solares de perovskita.
"Al introducir una capa de extracción de carga térmicamente robusta, nuestras células mejoradas conservan más del 90% de su eficiencia, con un impresionante índice de eficiencia del 25,6%, incluso después de funcionar a altas temperaturas, en torno a (65℃) durante más de 1.000 horas. Se trata de un logro histórico", afirma el profesor Zhu.
La revista Science ha publicado el trabajo con el título "Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells".
La motivación de esta investigación nació de un reto específico del sector de la energía solar: la inestabilidad térmica de las células solares de perovskita.
"A pesar de su alta eficiencia de conversión de potencia, estas células solares son como un coche deportivo que funciona excepcionalmente bien cuando hace frío, pero que tiende a sobrecalentarse y a rendir por debajo de sus posibilidades en un día caluroso. Este era un obstáculo importante que impedía su uso generalizado", afirma el profesor Zhu.
El equipo de CityU se ha centrado en la monocapa autoensamblada (SAM), una parte esencial de estas células, y la imaginó como un escudo sensible al calor que necesitaba un refuerzo.
"Descubrimos que la exposición a altas temperaturas puede provocar la fractura de los enlaces químicos dentro de las moléculas de SAM, lo que repercute negativamente en el rendimiento del dispositivo. Así que nuestra solución fue similar a añadir una armadura resistente al calor: una capa de nanopartículas de óxido de níquel, coronada por una SAM, lograda mediante la integración de varios enfoques experimentales y cálculos teóricos", explicó el profesor Zhu.
Para contrarrestar este problema, el equipo de CityU introdujo una solución innovadora: anclar la SAM a una superficie de óxido de níquel intrínsecamente estable, aumentando así la energía de unión de la SAM al sustrato. Además, sintetizaron una nueva molécula SAM propia, creando una molécula innovadora que favorece una extracción de carga más eficaz en los dispositivos de perovskita.
Mayor eficiencia a temperaturas más altas****
El principal resultado de la investigación es la posible transformación del panorama de la energía solar. Al mejorar la estabilidad térmica de las células solares de perovskita mediante las SAM de diseño innovador, el equipo ha sentado las bases para que estas células funcionen eficientemente incluso en condiciones de alta temperatura.
"Este avance es fundamental, ya que aborda un importante obstáculo que antes impedía una mayor adopción de las células solares de perovskita. Nuestros hallazgos podrían ampliar significativamente el uso de estas células, ampliando sus límites de aplicación a entornos y climas en los que las altas temperaturas eran un impedimento", afirma el profesor Zhu.
"Esta tecnología, una vez plenamente comercializada, podría ayudar a reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y contribuir sustancialmente a combatir la crisis climática mundial", añadió.
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