Los científicos descubren una forma de mejorar la eficiencia y la estabilidad de la perovskita

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Los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y las instituciones afiliadas en todo el país han reforzado la eficiencia de las células solares de perovskita hasta en un 16%.

El esfuerzo implicó combinar una capa de perovskita bidimensional (2D) con una capa de perovskita tridimensional (3D), lo que produjo una célula solar con mejoras tanto en eficiencia como en estabilidad. La investigación en curso sobre la estructura cristalina de las perovskitas como una alternativa más barata y eficiente a las células solares de silicio ha dado como resultado avances tecnológicos considerables, con eficiencias reportadas de hasta el 25,5%.

Kai Zhu, científico principal del Centro de Química y Nanociencia de NREL y autor correspondiente del nuevo artículo que describe la investigación, dijo que la fusión de las capas 2D y 3D podría aumentar la eficiencia de la célula solar a aproximadamente un 24,7%.

El papel, “La estructura 2D metaestable de Dion-Jacobson permite una célula solar de perovskita eficiente y estable, ”Aparece en la revista Ciencias.

El artículo cuenta con 23 autores de siete instituciones, incluida NREL. Además de Zhu, los otros de NREL son Fei Zhang, So Yeon Park, Haipeng Lu, Sean Dunfield, Chuanxiao Xiao, Xihan Chen, Laura Schelhas, Glenn Teeter, Joseph Berry, Matthew Beard y Bryon Larson. Otros investigadores pertenecen al Laboratorio Nacional Acelerador SLAC, la Universidad de Toledo, la Universidad de Princeton, la Universidad de Arizona, la Universidad de Kentucky y la Universidad de Colorado.

Los investigadores se desviaron de otro enfoque experimental que implicaba agregar una capa 2D basada en cationes orgánicos voluminosos o iones cargados positivamente. Ese tipo de estructura de perovskita 2D, conocida como Ruddlesden-Popper, puede inhibir el movimiento de los portadores de carga, lo que limita la eficiencia.

La investigación más reciente utilizó una estructura de perovskita 2D diferente, conocida como Dion-Jacobson, en un polimorfo metaestable, que ha demostrado una mayor estabilidad y una capacidad para mover los portadores de carga con mayor libertad.

Los científicos compararon la célula de perovskita modificada con una muestra de control. La celda modificada mostró solo una caída del 10% en la eficiencia después de 1,000 horas de operación continua. La muestra de control vio disminuir su eficiencia en un 43%.

Los investigadores dijeron que el uso de estructuras 2D metaestables representa un nuevo diseño químico prometedor que la industria solar puede adaptar para acelerar el desarrollo de células solares de perovskita eficientes y estables.

El financiamiento para la investigación fue proporcionado en parte por el Centro de Semiconductores Híbridos Orgánicos-Inorgánicos para la Energía (CHOISE), un Centro de Investigación de la Frontera de la Energía financiado por la Oficina de Ciencias Energéticas Básicas del Departamento de Energía de EE. UU., Y por la Oficina de Tecnologías de Energía Solar.

Aprender más acerca de investigación fotovoltaica en NREL.

Artículo cortesía de Laboratorio Nacional de Energías Renovables

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