Los ingenieros de la Universidad de Rice han creado semillas microscópicas para cultivar cristales de perovskita 2D extraordinariamente uniformes que son estables y muy eficientes a la hora de captar electricidad de la luz solar.
Las perovskitas de haluro son materiales orgánicos fabricados con ingredientes abundantes y baratos. El nuevo método de crecimiento con semillas de Rice resuelve los problemas de rendimiento y producción que han frenado las tecnologías fotovoltaicas de perovskita de haluro.
El nuevo proceso ha permitido a los ingenieros químicos de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice fabricar las semillas y usarlas para hacer crecer películas finas homogéneas compuestas por capas de espesor uniforme. Estas películas finas pueden usarse en dispositivos optoelectrónicos de gran eficacia, como los paneles solares de alta eficiencia.
En una prueba de laboratorio, los dispositivos fotovoltaicos fabricados con las películas demostraron ser eficientes y fiables, una combinación que antes resultaba problemática para los dispositivos fabricados con perovskitas 3D o 2D.
Los ingenieros afirmaron que la eficiencia más avanzada para el caso 2D era del 17% sin optimización. Creen que la eficiencia puede mejorarse de varias maneras.
Se informó de que las películas fotovoltaicas de alta eficiencia cultivadas como semilla habían conservado más del 97% de su eficiencia máxima tras 800 horas bajo iluminación sin ningún tipo de gestión térmica.
En investigaciones anteriores, los dispositivos fotovoltaicos de perovskita de haluro en 3D han sido muy eficientes pero propensos a una rápida degradación, y los dispositivos en 2D han sido ineficientes pero duraderos.
En el método de crecimiento con semillas, éstas se fabrican haciendo crecer lentamente un cristal 2D uniforme y triturándolo hasta convertirlo en polvo, que se disuelve en un disolvente. Las semillas contienen la misma proporción de ingredientes que la receta tradicional, y el disolvente se aplica a los discos exactamente igual que en el método original de producción de perovskita. Los pasos de evaporación y cristalización también son idénticos. Pero la solución sembrada produce películas con una superficie homogénea y uniforme, similar al material del que se molieron las semillas.
Aunque el crecimiento por sembrado se ha demostrado a menudo en cristales inorgánicos y otros procesos, los investigadores dicen que es la primera vez que se demuestra en perovskitas 2D orgánicas. El proceso se intenta a menudo y rara vez se consigue en la investigación de nanomateriales, un método de autoensamblaje para hacer materiales macroscópicos que estén a la altura de las nanopartículas individuales que los componen.
Esta es realmente la perdición de la tecnología de los nanomateriales. A nivel individual, de un solo elemento, tienes unas propiedades maravillosas que son órdenes de magnitud mejores que cualquier otra cosa, pero cuando intentas juntarlos en algo macroscópico y útil, como una película, esas propiedades desaparecen porque no puedes hacer algo homogéneo, con sólo esas propiedades que quieres.
Todavía no hemos hecho experimentos con otros sistemas, pero el éxito con las perovskitas plantea la cuestión de si este tipo de enfoque sembrado podría funcionar también en otros sistemas.
Aditya Mohite, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de los materiales y nanoingeniería en Rice.
Vía rice.edu
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