Un nuevo aditivo químico acerca las células solares de perovskita a una mayor durabilidad

Las células solares, capaces de generar electricidad a partir de la luz del sol, ya desempeñan un papel clave en la reducción de las emisiones de combustibles fósiles en numerosos países. Sin embargo, la búsqueda de tecnologías más eficientes, duraderas y económicas sigue siendo una prioridad para la ingeniería energética. En ese camino, en los últimos años ha crecido el interés por materiales alternativos al silicio, entre ellos las perovskitas, y en particular las perovskitas de haluro, que destacan por su notable capacidad para absorber luz y transportar carga eléctrica.

Estas perovskitas poseen una estructura cristalina característica, conocida como ABX3, e incorporan haluros, compuestos químicos formados por un elemento halógeno unido a un metal o a un ion con carga positiva. Gracias a sus propiedades, las células solares basadas en estos materiales pueden alcanzar eficiencias de conversión de energía muy elevadas. No obstante, su principal debilidad frente a las células de silicio tradicionales ha sido siempre la estabilidad, ya que su rendimiento tiende a degradarse con rapidez a lo largo del tiempo.

Colaboración

Un equipo de investigadores de la Universidad de Purdue, la Universidad de Emory y otras instituciones ha desarrollado ahora una estrategia innovadora para afrontar este problema. El grupo, liderado por el profesor Letian Dou, combina experiencia en síntesis orgánica, crecimiento de cristales de perovskitas híbridas e ingeniería de dispositivos. Según explicó el propio Dou, el proyecto surgió a partir de la colaboración con un socio industrial interesado en mejorar la estabilidad a largo plazo de las células solares. Al revisar estudios previos, los investigadores se inspiraron en el uso de líquidos iónicos como aditivos, pero detectaron que hasta entonces se habían empleado moléculas comerciales simples, sin un diseño específico orientado a maximizar su interacción con las perovskitas.

A partir de esa observación, el equipo diseñó nuevas moléculas capaces de interactuar de forma más intensa con el material, reduciendo imperfecciones microscópicas y ralentizando los procesos de degradación. Los resultados mostraron que estos nuevos líquidos iónicos superaban claramente a los utilizados en investigaciones anteriores. En particular, uno de ellos, denominado MEM-MIM-Cl, demostró una capacidad notable para unirse a los iones de plomo con carga positiva presentes en la perovskita y para rellenar vacantes de haluro, es decir, puntos de la red cristalina donde faltan iones esenciales.

Las células solares de perovskita constan habitualmente de una capa activa situada entre dos capas de interfaz. Dou subrayó la importancia de minimizar los defectos tanto en la capa central como en las interfaces superior e inferior, áreas que suelen ser críticas para el rendimiento del dispositivo. Mientras que muchos estudios se han centrado en mejorar la interfaz superior mediante capas de pasivación, el nuevo enfoque aborda también los defectos internos y la interfaz inferior, que permanece oculta en el dispositivo final. Al añadir el líquido iónico al precursor de la perovskita, se genera una fase intermedia durante la cristalización que ralentiza el proceso y favorece el crecimiento de cristales de mayor tamaño y con menos defectos. Además, el aditivo tiende a acumularse en la interfaz inferior, donde ayuda a suprimir la formación de imperfecciones.

Condiciones exigentes

Para comprobar la eficacia real de esta mejora, los investigadores sometieron las células solares a condiciones extremadamente exigentes. En una primera fase, las probaron a temperaturas de entre 65 y 80 grados centígrados bajo iluminación intensa equivalente a la luz solar plena. Posteriormente, el listón se elevó aún más. Según explicó el doctor Wenzhan Xu, primer autor del estudio, los dispositivos fueron evaluados a 90 grados centígrados y bajo iluminación continua. En ese escenario, las células conservaron el 90 por ciento de su rendimiento inicial durante más de 1.500 horas, un resultado que supera las condiciones de prueba habituales en este campo.

Estos avances refuerzan la idea de que un diseño cuidadoso de líquidos iónicos puede ser decisivo para llevar las células solares de perovskita más cerca de su aplicación comercial. Dou destacó que los materiales utilizados son fáciles de sintetizar y escalables, lo que abre la puerta a su uso en procesos industriales de fabricación de grandes superficies mediante técnicas de deposición en solución, como el recubrimiento por cuchilla. Además, el equipo comprobó que la estrategia también mejora la eficiencia y estabilidad de perovskitas de banda ancha y de sistemas libres de plomo, lo que amplía su potencial para aplicaciones en células solares en tándem.

De cara al futuro, los investigadores planean seguir desarrollando moléculas aún más eficaces y profundizar en la comprensión de los mecanismos fundamentales que rigen la interacción entre los líquidos iónicos y las perovskitas, empleando técnicas avanzadas de espectroscopía e imagen. El grupo también ha manifestado su interés en colaborar con nuevos socios industriales y ha puesto la patente asociada a esta tecnología a disposición para su licencia. Su objetivo final es claro: impulsar la comercialización y la adopción generalizada de células solares de perovskita estables, capaces de contribuir de forma decisiva a la transición energética global.