Procedimientos de ensayo acelerado para células solares de perovskita

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Las células solares de perovskita (PSC, por sus siglas en inglés) ya muestran un gran potencial como células solares de bajo costo y alto rendimiento. Las dudas sobre su estabilidad a largo plazo son uno de los principales obstáculos a la producción comercial de esta tecnología.

Las pruebas aceleradas realizadas en laboratorio pueden ayudar a investigadores y fabricantes a comprender más rápidamente lo que les ocurrirá a las células una vez instaladas en el exterior, y a subsanar pronto cualquier deficiencia. Y a medida que las PSC se acercan a la comercialización, se hace más evidente la necesidad de una norma de ensayo que pueda aplicarse universalmente.

“Debemos conocer el rendimiento de las células solares de perovskita en el exterior, en condiciones reales, para acercar esta tecnología a la comercialización”, afirma Kai Zhu, científico del Centro de Química y Nanociencia del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de Estados Unidos. “Por eso identificamos protocolos de pruebas aceleradas que pueden realizarse en el laboratorio para revelar cómo funcionarían estas células después de seis meses en funcionamiento en el exterior”.

Zhu y sus colegas del NREL y la Universidad de Toledo sometieron un lote de las últimas PSC, con una eficiencia inicial de hasta el 25,5%, a diversas pruebas y compararon los resultados con los de células que llevaban seis meses instaladas a la intemperie. Las pruebas se describen íntegramente en el artículo “Towards linking lab and field lifetimes of perovskite solar cells” (Hacia la vinculación de los tiempos de vida de laboratorio y de campo de las células solares de perovskita), publicado en nature.

Luz y calor
Las PSC de este estudio conservaron más del 93% de su eficiencia inicial tras 5.000 h de iluminación continua. Las pruebas también incluyeron ciclos térmicos, en los que las temperaturas fluctuaron entre -40 ºC y 85 ºC. Tras 1.000 ciclos térmicos, las células habían perdido en torno al 5% de su rendimiento inicial.

Los resultados muestran que las pruebas que exponen las PSC a la luz a temperaturas elevadas dieron la impresión más exacta de cómo se degradarían las células al cabo de seis meses sobre el terreno. El estudio también demostró que la interfaz entre la capa activa de perovskita y la capa de transporte de huecos, consistente en una monocapa autoensamblada de óxido de indio y estaño, también es clave para la fiabilidad de la célula.

Cuando se mejoraron las propiedades de bloqueo iónico de esta capa, la estabilidad de la célula casi se triplicó: funcionó 1000 horas a 85 ºC y más de 8000 horas a 50 ºC con una pérdida de rendimiento prevista del 20%, lo que, según el grupo, es uno de los mejores resultados registrados hasta la fecha en una célula solar de perovskita de alta eficiencia.

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