Las células solares de perovskita son una forma relativamente nueva de tecnología de energía renovable que ha recibido una atención considerable. Esto se debe a que la eficiencia se ha duplicado al 22 % desde que se introdujo por primera vez hace menos de una década.
Investigadores hacen descubrimientos sorprendentes sobre tecnología renovable
Las células solares de perovskita son una forma relativamente nueva de tecnología de energía renovable que ha recibido una atención considerable. Esto se debe a que la eficiencia se ha duplicado al 22 % desde que se introdujo por primera vez hace menos de una década. Además, son más ligeras, económicas y flexibles que las tradicionales células basadas en silicio cristalino.
El término perovskita proviene de la capa de captación de luz que la distingue de otros tipos de células solares. Durante el proceso de fabricación, se expone al aire ambiente durante varias horas después de que se completa la fabricación. Este paso mejora la eficiencia de la celda, pero no hubo una explicación clara de por qué. Los fabricantes simplemente saben que funciona.
Ahora parece que lo entendió, y la explicación hace recomendaciones para mejorar. Esta recomendación proviene de un equipo de investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), dirigido por el profesor Yabing Qui. Sus resultados fueron publicados en la revista Advanced Materials Interfaces.
“Es interesante. ¿Por qué necesitamos aire ambiental para aumentar la eficiencia de las células solares de perovskita?”, dijo el estudiante de doctorado de la OIST, Zafer Hawash, autor principal del estudio. “¿Qué componente del aire ambiente está asociado con este fenómeno?”
El equipo usó estas preguntas como base para su investigación, comenzando por examinar la capa superior de la celda solar. Esta es una elección lógica dado que las células solares de perovskita tienen múltiples capas en su interior. La capa superior es la capa en contacto con el aire circundante. Por lo tanto, es la capa más susceptible a la influencia del medio externo.
Antes de entrar en los hallazgos del equipo, vale la pena explicar que esta capa se llama “capa de transporte de agujeros”. Esto se debe a que se agregan dopantes o sustancias para aumentar la conductividad eléctrica del material. Los investigadores saben que los dopantes en la capa transportadora de agujeros juegan un papel importante en la mejora del rendimiento de las células solares, pero no saben por qué.
Lo que el equipo terminó haciendo fue exponer las capas a varios gases ambientales. En concreto, se centra en el oxígeno, el nitrógeno y la humedad (agua en estado gaseoso). Después de cada exposición, verificaron las propiedades eléctricas de la capa para determinar si el interior de la capa de transporte había cambiado y cómo.
“Lo que encontramos es que el oxígeno y el nitrógeno no tienen ningún papel en la redistribución del dopand”, explicó Hawash. “Pero con la humedad, las células solares son más eficientes. Esto es lo que encontramos. La humedad es un componente del aire que redistribuye los dopantes por todo el material y mejora las propiedades eléctricas de la célula solar”.
Al explicar un poco este hallazgo, el equipo dijo que las ganancias de eficiencia tenían que ver con la estructura de la capa de transporte. Específicamente, el hecho de que hay muchos agujeros en el interior. Están destinados a permitir el paso de gases entre el aire circundante y el material subyacente.El dopante para esta capa es la sal de litio TFSI-a. Este es el momento del descubrimiento. Dado que se trata de una sal, tiene propiedades higroscópicas o, en términos sencillos, absorbe agua. Entonces, cuando la celda solar se expone a la humedad, el agua absorbida por la capa de transporte redistribuye los dopantes, mejorando el rendimiento general y la eficiencia de la celda.
Vale la pena señalar que demasiada exposición puede afectar negativamente a las células solares, por lo que se debe controlar la duración de la exposición a la humedad.
El equipo también documentó el papel del oxígeno en las células solares y cómo afectaba el rendimiento de la tecnología.
“El oxígeno también aumenta la conductividad eléctrica de la capa de transporte, pero este efecto es de corta duración”, comentó Hawash. “Pero cuando se exponen a la cantidad adecuada de humedad, las propiedades eléctricas se mejoran de forma irreversible”.
En conclusión, por lo tanto, exponer las células solares de perovskita a la humedad después de la fabricación es la forma más efectiva de mejorar el rendimiento de la tecnología, pero se debe evitar la humedad excesiva.
Para explorar este hallazgo con un poco más de detalle, consulte el artículo publicado por el equipo titulado “Conductividad mejorada de humedad y oxígeno de las capas de transporte de agujeros de Spiro-MeOTAD dopadas con LiTFSI en células solares de perovskita”.