La célula solar recubierta también mantuvo el 90% de su eficiencia inicial después de 1.100 horas de pruebas en condiciones duras.
La estabilidad de las células solares de perovskita se triplica con un recubrimiento protector
Científicos de la Universidad Northwestern han desarrollado un nuevo recubrimiento protector que extiende significativamente la vida útil de las células solares de perovskita, haciéndolas más viables para aplicaciones fuera del laboratorio.
Aunque las células solares de perovskita son más eficientes y económicas que las tradicionales de silicio, su falta de estabilidad a largo plazo ha sido una limitante. Normalmente, estas células utilizan una capa de recubrimiento a base de amonio para mejorar su eficiencia. Sin embargo, dichas capas se degradan bajo estrés ambiental, como calor y humedad.
La solución desarrollada por los investigadores de Northwestern es un recubrimiento basado en amidinio, que resulta ser mucho más robusto.
Mejora significativa en la estabilidad
En experimentos, el nuevo recubrimiento demostró ser 10 veces más resistente a la descomposición en comparación con los recubrimientos convencionales basados en amonio. Además, triplicó la vida útil T90 de las células solares, lo que significa que tardan tres veces más en perder el 90 % de su eficiencia inicial cuando están expuestas a condiciones extremas.
El estudio se publicará el 22 de noviembre en la revista Science. Según Bin Chen, uno de los líderes del estudio, este avance aborda uno de los principales desafíos para la adopción masiva de las células solares de perovskita: su estabilidad en condiciones del mundo real.
Por su parte, Mercouri Kanatzidis destacó que el recubrimiento protector no solo refuerza químicamente las células, sino que también mantiene su alta eficiencia, lo que representa un paso importante hacia una alternativa práctica y económica a las células solares de silicio.
Perovskita como alternativa al silicio
El silicio ha sido el material más utilizado en las células solares durante décadas debido a su durabilidad y confiabilidad. No obstante, su producción sigue siendo costosa y su eficiencia está llegando al límite. En la búsqueda de una solución más eficiente y económica, los investigadores han explorado las perovskitas, una familia de compuestos cristalinos prometedores.
Sin embargo, las células solares de perovskita enfrentan desafíos de durabilidad debido a su corta vida útil, afectada por factores como la exposición prolongada al sol, fluctuaciones extremas de temperatura, humedad y agua.
Para resolver este problema, los investigadores de Northwestern incorporaron ligandos de amidinio, moléculas estables que interactúan con la perovskita para proporcionar un efecto protector y una pasivación duradera de defectos. Estas moléculas son más resilientes bajo condiciones extremas gracias a su estructura química, que distribuye los electrones de manera uniforme, ofreciendo mayor resistencia térmica y química.
Resultados récord
El desarrollo culminó en una celda solar que logró una eficiencia de conversión de energía del 26,3 %, lo que significa que convierte el 26,3 % de la luz solar absorbida en electricidad. Además, las células recubiertas conservaron el 90 % de su eficiencia inicial después de 1.100 horas de pruebas bajo condiciones extremas, demostrando una vida útil T90 tres veces mayor que la de los modelos anteriores.
Este avance se suma a los logros previos del laboratorio de Sargent, como el desarrollo de una celda solar de perovskita que rompió récords de eficiencia energética y voltaje en 2022, y la introducción de una estructura invertida que mejoró la eficiencia en 2023. El trabajo reciente refuerza la perspectiva de que las células solares de perovskita pueden contribuir a la descarbonización de la matriz energética mundial.
Implicaciones para la sostenibilidad
Este avance está alineado con el pilar “Generar” del Instituto Trienens para la Sostenibilidad y Energía, que busca desarrollar una nueva clase de tecnologías solares de alta eficiencia. Kanatzidis, quien codirige este pilar, destacó que este progreso acerca un futuro donde las energías renovables sean más accesibles y efectivas. La colaboración entre el sector académico y gubernamental ha sido clave para este logro, con el apoyo de First Solar, el Departamento de Comercio, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y el Departamento de Energía de los Estados Unidos.
Este trabajo marca un avance significativo hacia células solares más asequibles, eficientes y duraderas, esenciales para acelerar la transición energética global.
Vía northwestern.edu
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