Las perovskitas: pan y mantequilla de los investigadores solares

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Universidades e institutos de investigación de todo el mundo afirman haber desarrollado soluciones que podrían aplicarse a la producción en masa de células solares de perovskita y haber resuelto los problemas de estabilidad y durabilidad que afectan el desarrollo del material en años anteriores.

Las perovskitas, sin embargo, aún no han visto ninguna aplicación comercial significativa hasta la fecha (aunque esto podría estar a la vuelta de la esquina). Y queda por ver qué materiales de la familia de perovskitas y cuáles procesos escalables industrialmente desarrollados por los científicos podrían ser utilizados por productores que buscan fabricar células solares de perovskita, y si se pueden comercializar con éxito.

Los científicos de la Universidad de Groninga de los Países Bajos han desarrollado otra técnica que dicen podría producir células solares de perovskita estables a gran escala. La técnica se describe en el documento “Scalable fabrication of high-quality crystalline and stable FAPbI thin films by combining doctor-blade coating and the cation exchange reaction”, publicado en la revista Royal Society of Chemistry’s journal Nanoscale.

La primera etapa de su técnica consiste en “esparcir” material sobre un sustrato utilizando una cuchilla, conocida como técnica de “cuchilla doctor” (“doctor blade” por sus siglas en inglés), que los investigadores comparan con el untar mantequilla. Los investigadores han calculado que un compuesto de yoduro de plomo formamidinio podría ser un buen candidato para una célula solar estable, aunque sea difícil producirla como una película delgada con las técnicas existentes.

“Este material de yoduro de plomo formamidinio tiene muy buenas características, pero la posición A del ión formamidinio causa inestabilidad en la estructura”, explicó la profesora de fotofísica y optoelectrónica Maria Antonietta Loi. “Las películas tridimensionales hechas de este material a menudo resultan ser una mezcla de una fase fotoactiva y fotoactiva, siendo esta última perjudicial para la aplicación final”.

Para solucionar este problema, el equipo comenzó a trabajar con una perovskita diferente, yoduro de feniletil amonio. Una capa de 500 nanómetros de este material se deposita sobre un sustrato utilizando la técnica de “cuchilla doctor”.

Esta capa se usó luego como una “plantilla” para hacer crecer una capa de perovskita a partir del material de yoduro de plomo formamidinio. La película se sumergió en una solución que contenía yoduro de formamidinio y, a través del “intercambio catiónico”, formamidinio tomó el lugar del feniletilamonio 2.

“Estas películas muestran una fotoluminiscencia mucho más alta en comparación con las películas de yoduro de plomo de formamidinio 3D de referencia y muestran una mayor estabilidad cuando se exponen a la luz o la humedad”, dijo Loi. “Esto significa que ahora tenemos un método para la producción de películas de alta calidad para células solares de perovskita mediante una técnica escalable industrialmente”.

… pero no funcionarán en el espacio

Otro grupo de científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo en Moscú también ha investigado el potencial de las perovskitas que se utilizarán para impulsar naves espaciales. El equipo expuso una perovskita basada en plomo, conocida como perovskita de catión triple, a 5000 unidades grises.

Sus resultados, publicados en el documento “γ-Ray Induced Degradation in the Triple-Cation Perovskite Solar Cells”, publicado en el Journal of Physical Chemistry Letters, demostraron que las células se degradaron rápidamente con tales dosis de radiación y, por lo tanto, no son adecuadas para su uso en el espacio. “Las dosis más altas dieron como resultado un rápido deterioro de la densidad de corriente de cortocircuito (Jsc) y la eficiencia de conversión de energía de los dispositivos”, explicó la investigadora Aleksandra Boldyreva. “Las células solares en el espacio deben soportar no solo una radiación solar muy alta, sino que también deben tolerar altas dosis de rayos gamma para lograr una operación estable durante años”, agregó.

El equipo ahora planea enfocarse en identificar nuevos materiales que exhiban una mejor estabilidad, que es necesaria para tales aplicaciones.