Científicos de la Universidad de Oxford, la Universidad de Monash y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos (NREL) han desarrollado una nueva forma de crear células solares de perovskita estables con menos defectos, acercándose así a la durabilidad del silicio.
Los investigadores eliminaron el disolvente dimetilsulfóxido del método de preparación con disolvente dimetil-formamida/dimetil-sulfóxido (DMF/DMSO) utilizado habitualmente. En su lugar, introdujeron cloruro de dimetilamonio (DMACI) como agente de cristalización, creando un método de fabricación que denominaron DMF/DMACI.
Afirman que esto les permitió controlar más eficazmente las fases intermedias del proceso de cristalización de la perovskita, incluyendo la textura, la orientación y la cristalinidad de la perovskita.
“Utilizando DMACl como agente de cristalización, podemos realizar una transición gradual a través de los politípos hexagonales de perovskita de caras compartidas (2H, 4H, 6H) hacia una perovskita de esquinas compartidas 3C, lo que da lugar a películas finas altamente cristalinas y texturizadas con una orientación de celda unitaria de perovskita cara arriba”, explican los científicos.
Sometieron 138 dispositivos de muestra a procesos acelerados de envejecimiento y ensayo a altas temperaturas. Las células solares de perovskita de formamidinio-caesio creadas con el proceso DMF/DMACI superaron al grupo de control y demostraron resistencia a las condiciones térmicas, la humedad y la degradación por la luz.
El mejor dispositivo funcionó por encima del umbral T80 durante más de 1.400 horas bajo luz solar simulada a 65 C, donde T80 es el tiempo que tarda una célula solar en reducirse al 80% de su eficiencia inicial. Más allá de las 1.600 horas, el dispositivo de control fabricado con el método convencional DMF/DMSO dejó de funcionar, mientras que los dispositivos fabricados con el diseño DMF/DMACI conservaron el 70% de su eficiencia original, en condiciones de envejecimiento acelerado.
Los científicos realizaron el mismo estudio de degradación en un grupo de dispositivos a 85 ºC, y las nuevas células volvieron a superar al grupo de control. Determinaron que las nuevas células envejecen en un factor de 1,7 por cada 10 ºC de aumento de la temperatura, lo que se aproxima al doble esperado en los dispositivos comerciales de silicio.
“Creo que lo que nos diferencia de otros estudios es que hemos hecho mucho envejecimiento acelerado. Hemos envejecido las células a 65 ºC y 85 ºC bajo todo el espectro de luz”, explica David McMeekin, científico de la Universidad de Oxford.
Utilizar 138 prototipos en el estudio también es significativo, según McMeekin.
“La mayoría de los estudios sólo muestran una curva sin ninguna desviación estándar ni ningún tipo de enfoque estadístico para determinar si este diseño es más estable que el otro”, dijo.
Los investigadores afirmaron que esperan mejoras adicionales al conocer mejor las fases intermedias de la cristalización de la perovskita “y el mecanismo por el que repercuten en la cinética de cristalización y la orientación del grano de las películas de perovskita”. Describieron sus hallazgos en “Intermediate-phase engineering via dimethylammonium cation additive for stable perovskite solar cells” (Ingeniería de fase intermedia mediante aditivo de catión dimetilamonio para células solares de perovskita estables), publicado recientemente en Nature Materials.
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