La clase de material de las perovskitas de haluro se ve como una gran esperanza para obtener aún más energía solar a costos aún más bajos. Los materiales son muy baratos, se pueden procesar en películas delgadas con un aporte mínimo de energía y ya alcanzan eficiencias que son significativamente más altas que las de las células solares de silicio convencionales.
El objetivo: 20 años de estabilidad al aire libre
Sin embargo, se espera que los módulos solares proporcionen una producción estable durante al menos 20 años en condiciones exteriores mientras están expuestos a grandes fluctuaciones de temperatura. Silicon PV maneja esto fácilmente, mientras que las perovskitas semiorgánicas pierden rendimiento bastante rápido. «La luz del sol puede calentar el interior de una celda fotovoltaica a 80 grados centígrados; en la oscuridad, la celda se enfría inmediatamente a la temperatura exterior. Esto desencadena grandes tensiones mecánicas en la fina capa de microcristales de perovskita, creando defectos e incluso transiciones de fase locales. , por lo que la película delgada pierde calidad”, explica el Prof. Antonio Abate, que encabeza un grupo numeroso en HZB.
Variaciones químicas examinadas
Junto con su equipo y varios socios internacionales, ha investigado una variación química que mejora significativamente la estabilidad de la película delgada de perovskita en diferentes arquitecturas de celdas solares, entre ellas la arquitectura de pines, que normalmente es un poco menos eficiente que la más frecuente. arquitectura nip usada.
Una «cáscara blanda» contra el estrés
«Optimizamos la estructura del dispositivo y los parámetros del proceso, basándonos en resultados anteriores, y finalmente pudimos lograr una mejora decisiva con b-poli(1,1-difluoroetileno) o b-pV2F para abreviar», dice Guixiang Li, quien está haciendo su doctorado. supervisado por el Prof. Abate. Las moléculas b-pV2F se asemejan a una cadena en zigzag ocupada por dipolos alternos. «Este polímero parece envolver los microcristales de perovskita individuales en la película delgada como una capa blanda, creando una especie de colchón contra el estrés termomecánico», explica Abate.
Eficiencia récord para la arquitectura pin 24,6 %
De hecho, las imágenes del microscopio electrónico de barrido muestran que en las células con b-pV2F, los diminutos gránulos se acurrucan un poco más cerca. “Además, la cadena dipolar de b-pV2F mejora el transporte de portadores de carga y, por lo tanto, aumenta la eficiencia de la celda”, dice Abate. De hecho, produjeron celdas a escala de laboratorio con eficiencias de hasta el 24,6 %, lo que es un récord para la arquitectura de pines.
Uso al aire libre de un año
Las células solares recién producidas se sometieron a más de cien ciclos entre +80 Celsius y -60 Celsius y 1000 horas de iluminación continua equivalente a 1 sol. Eso corresponde a aproximadamente un año de uso al aire libre. «Incluso bajo estas tensiones extremas, lograron una eficiencia del 96 % al final», enfatiza Abate. Eso ya está en el orden correcto de magnitud. Si ahora es factible reducir un poco más las pérdidas, los módulos solares de perovskita aún podrían producir la mayor parte de su producción original después de 20 años; este objetivo ahora está al alcance.
