Un equipo internacional de investigadores liderado por Julian Steele de la Universidad KU Leuven de Bélgica afirma haber desarrollado un proceso para mejorar la estabilidad térmica de uno de los materiales de perovskitas más prometedores para aplicaciones fotovoltaicas: CsPbI3.
“Uno de los mayores obstáculos para el despliegue comercial de las células solares de perovskitas es su inestabilidad”, dijo Steele. “El costo de sus ingredientes es bajo, su eficiencia se dispara, pero su estabilidad sigue siendo un problema.”
Todas las variantes de perovskita descubiertas hasta la fecha son químicamente sensibles. La exposición al aire, la humedad, la luz y el calor puede alterar sus enlaces químicos y degradarlos. Steele dijo que la incorporación de cesio en la formulación de CsPbI3 hace que el material sea más robusto, pero también introduce una inestabilidad de fase, lo que plantea una nueva preocupación para los fabricantes de células solares sobre si las moléculas cambiarán de disposición en cualquier momento.
El polimorfismo, como se conoce, es desconcertante para los fabricantes. A más de 320 grados centígrados, CsPbI3 adopta una estructura cristalina que lo hace negro y opaco; a temperatura ambiente retoma una configuración amorfa que le da un color amarillento. Esta última forma reduce considerablemente la absorción de la luz y la eficiencia de cualquier célula solar en la que se incorpore el material.
Durante años, no se ha conseguido aclarar el proceso que gobernaba la transformación de fases en CsPbI3. Los investigadores lograron imponer una fase cristalina incorporando nuevos compuestos químicos en sus capas de perovskitas, o alterando el tamaño de los cristales que las componían. Sin embargo, nadie ha logrado explicar por qué funcionan esos trucos. Un rompecabezas recurrente se refiere a por qué las capas recocidas en condiciones idénticas a veces se tornan amarillas y a veces negras cuando se enfrían a temperatura ambiente.
Alta tensión
Las mediciones realizadas en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica de Grenoble, Francia, identificaron recientemente un candidato que puede impulsar la transición de fase: el sustrato sobre el que se deposita la capa de perovskita.
En un artículo de publicado en la revista Science, Steele explicó que la unión entre la capa de perovskita y la superficie de vidrio sobre la que se aplica puede causar una tensión dentro de la capa que es capaz de entrelazar la fase deseada como resultado.
Según el estudio, en el que participaron científicos de 11 centros de investigación de tres continentes, la interfaz entre la perovskita y el sustrato que se forma durante el recocido a alta temperatura se mantiene incluso después de un retorno a la temperatura ambiente. Si la caída de temperatura es bastante pronunciada, la perovskita puede retener la malla de cristal de la interfaz y adaptarse a ella.
La capa de perovskita se extiende “como un acordeón” cuando se calienta, dijo Steele. El investigador principal añadió: “Cuando se enfría, esta capa intenta comprimirse de nuevo, pero la interfaz que ha formado con el sustrato la mantiene extendida. Hemos demostrado en nuestro estudio que esta tensión entre la capa de perovskitas y el sustrato puede ser aprovechada para estabilizar la fase cristalina que forma las capas de perovskitas negras”.
Por Benedict O’Donnell
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