La química supramolecular hace más eficientes las células solares de perovskita

La química supramolecular (que se ocupa de los sistemas multimoleculares) y, en particular, los enlaces halógenos, es decir, la interacción intermolecular que involucra a los átomos de halógeno (I, Br y Cl) en moléculas orgánicas, pueden ayudar a mejorar el rendimiento de las células solares basadas en perovskita, permitiéndoles lograr altos niveles de eficiencia y alta estabilidad. Esta es la conclusión de investigadores del Politecnico di Milano que han publicado en la prestigiosa Angewandte Chemie International Edition.

Las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas, compuestos iónicos que consisten en pequeños cationes orgánicos y haluros metálicos, se conocen desde el siglo XIX, pero solo recientemente se han utilizado en optoelectrónica para la construcción de láseres, diodos, fotodetectores y células solares. En concreto, la primera célula fotovoltaica basada en perovskita se produjo en 2009 y desde entonces se ha investigado intensamente para conseguir una eficiencia superior al 25%, que superaría incluso al silicio que domina actualmente el mercado fotovoltaico.

El bajo costo y el excelente desempeño de las perovskitas las hacen muy atractivas para aplicaciones fotovoltaicas, pero aún existen una serie de problemas que impiden que estos materiales ingresen al mercado. En primer lugar, está su baja estabilidad frente al aire y la humedad. Además, la presencia de defectos, es decir, imperfecciones en la red cristalina, puede generar 'estados de trampa' que interfieren con el movimiento de los portadores de carga (electrones y huecos) generados por la luz dentro del material, atrapándolos y provocando pérdidas de energía eléctrica. Generalmente, estos estados de trampa son iones de haluro libres que pueden moverse bajo el efecto de un campo eléctrico y recombinarse con agujeros.

El estudio realizado en el Politécnico demostró que el uso de aditivos capaces de formar enlaces halógenos con los iones haluros presentes en las perovskitas brinda importantes ventajas para el desarrollo de celdas solares con mejor cristalinidad y mayor estabilidad. Los enlaces halógenos permiten introducir moléculas fluoradas, que pasivan los haluros superficiales para producir perovskitas hidrofóbicas e hidrofugantes. De esta forma, se bloquean los estados trampa y se incrementa la eficiencia.

Además, la modificación de la superficie de la perovskita con moléculas bifuncionales capaces de formar enlaces halógenos permite una mejor integración de la perovskita dentro de la celda solar, facilitando la generación de corriente eléctrica.

De los datos informados, parece que los enlaces halógenos tienen un potencial considerable para el desarrollo de una nueva generación de células solares basadas en perovskitas. Sin embargo, se necesita una mejor comprensión atómica/molecular de estos materiales para aprovechar al máximo las ventajas de los enlaces halógenos.