Actualizado: 07/07/2022
Un equipo de investigadores ha diseñado un nuevo electrodo que podría mejorar la estabilidad de las células solares de perovskita (PSC), el candidato más prometedor para la próxima generación de células solares fotovoltaicas gracias a su bajo coste y a su alta eficiencia de conversión de la energía.
Esto es debido a que la inserción de una capa de protección entre el electrodo de base metálica y la película de perovskita puede prevenir la degradación inducida por el metal y que el grafeno, como tal capa, puede suprimir eficazmente la difusión de metales e iones de haluro.
Este avance fue dirigido por el profesor Hyesung Park y su equipo de investigación en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de la UNIST. En su trabajo, el equipo de investigación desarrolló una plataforma de electrodos híbrida basada en una rejilla metálica flexible, utilizando una película de poliimida (CEP) embebida en una rejilla de cobre con una lámina de grafeno como capa de protección (GCEP), que exhibía una alta conductividad eléctrica, una excelente estabilidad química y durabilidad mecánica. El desarrollo demuestra el papel crítico del grafeno como capa de protección para prevenir la degradación inducida por el metal y la difusión de haluros entre el electrodo y la capa de perovskita.
El grafeno tiene una alta conductividad eléctrica, lo que permite que los electrones se muevan fácilmente a través de él. Sin embargo, la excelente impermeabilidad del grafeno impide la permeación de incluso la más pequeña molécula.
El grafeno puede ser una barrera de difusión eficaz si se combina con nanoestructuras metálicas que tengan una excelente impermeabilidad a la difusión de metales y de iones halogenuros en la interfaz electrodo metálico/capa perovskita, una mejor recolección de carga a través de los espacios vacíos de las nanoestructuras metálicas, una pérdida mínima de transmitancia óptica como capa de protección debido a su alta transparencia óptica, y una mejora de la durabilidad mecánica del electrodo híbrido.
Los investigadores usaron este electrodo híbrido transparente y flexible para fabricar PSCs de metal flexible basados en TCE, logrando una buena estabilidad química y mecánica. Este dispositivo logró un alto PCE (16,4%), comparable al de su homólogo rígido basado en TCE (17,5%). También verificaron el papel de la capa de grafeno para asegurar la estabilidad química de las células solares evitando la interdifusión de metales e iones de haluro. Además, el electrodo GCEP mejoró la fotoestabilidad del PSC bloqueando la luz ultravioleta (UV) y la luz cercana a los UV. También mantuvo más del 97,5% de la eficiencia inicial incluso después de 1.000 horas. Además, después de 5.000 pruebas de flexión, mostró una excelente durabilidad mecánica, como el mantenimiento del 94% de la eficiencia inicial, y por lo tanto era aplicable a los dispositivos de uso de la próxima generación.
Este trabajo demuestra que la inserción de una capa de protección entre el electrodo de base metálica y la película de perovskita podría prevenir la degradación inducida por el metal y que el grafeno, como tal capa, puede suprimir eficazmente la difusión de metales e iones de haluro.
Gyujeong Jeong (Programa combinado M.S/Ph.D. de Ingeniería Energética y Química, UNISt), el primer autor del estudio.
El nuevo método ha mejorado significativamente tanto la eficiencia como la estabilidad de los PSC. Este trabajo proporciona una estrategia efectiva para diseñar plataformas de TCE mecánicamente y químicamente robustas, libres de ITO y asistidas por metal en los PSCs.
Hyesung Park
Más información: pubs.acs.org
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