La perovskita, un mineral del grupo de los óxidos, puede utilizarse como una opción para la construcción de paneles fotovoltaicos con un rendimiento casi perfecto, según investigadores.
Esta materia prima es una alternativa más barata al silicio para producir dispositivos optoelectrónicos como células solares y LED.
Una alternativa asequible para la creación de paneles solares
Investigadores de la Universidad de Cambridge divulgaron, a través de una publicación en la revista Science, una investigación en la que utilizaron una molécula orgánica como una «plantilla» para guiar las películas de perovskita en la fase deseada a medida que se forman.
Existen muchas perovskitas diferentes, resultantes de diferentes combinaciones de elementos. La investigación se centró en el uso de formamidinio, que da origen a un compuesto que es térmicamente estable y no está muy lejos de ser apto para aplicaciones fotovoltaicas.
Por estas razones, han surgido esfuerzos para desarrollar células solares de perovskita para su distribución comercial. No obsante, el compuesto puede existir en dos fases ligeramente diferentes, con una fase que conduce a un excelente rendimiento fotovoltaico, y la otra que resulta en muy poca producción de energía.
«Un gran problema con el FAPbI3 —el compuesto antes señalado— es que la fase que se desea solo es estable a temperaturas superiores a los 150 grados centígrados», comentó Tiarnan Doherty, coautor del estudio y miembro del Laboratorio Cavendish de Cambridge. «A temperatura ambiente, pasa a otra fase, lo cual es realmente malo para la energía fotovoltaica», agregó.
Las soluciones recientes para mantener el material en su fase deseada a temperaturas más bajas, han implicado la adición de diferentes iones positivos y negativos en el compuesto. «Eso ha tenido éxito y ha llevado a dispositivos fotovoltaicos récord, pero todavía hay pérdidas de energía locales que ocurren», señaló Doherty.
Sobre aquel proceso, poco se sabía sobre por qué las adiciones de estos iones mejoraron la estabilidad en general. Es más, ni la estructura de la perovskita resultante era conocida. «Hubo un consenso común de que cuando las personas estabilizan estos materiales, son una estructura cúbica ideal», dijo Doherty. «Pero lo que hemos demostrado es que al agregar todas estas otras cosas, no son cúbicas en absoluto, están muy ligeramente distorsionadas. Hay una distorsión estructural muy sutil que da cierta estabilidad inherente a temperatura ambiente», comentó.
La distorsión es tan pequeña que anteriormente no había sido detectada, hasta que Doherty y sus colegas emplearon técnicas de medición estructural sensibles, antes no utilizadas ampliamente con materiales de perovskita. Concretamente, se utilizó la difracción de electrones de barrido, la difracción de nano-rayos X y la resonancia magnética nuclear para ver, por primera vez, cómo era realmente esta fase estable.
«Una vez que descubrimos que era la ligera distorsión estructural la que daba esta estabilidad, buscamos formas de lograr esto en la preparación de la película sin agregar ningún otro elemento a la mezcla».
Satyawan Nagane, coautor de la investigación, utilizó una molécula orgánica llamada ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) como aditivo en la solución precursora de la perovskita, actuando un como agente de plantillas que guía a la perovskita a la fase deseada, en la medida que se forma. El EDTA se conecta a la superficie del mineral, para dar un efecto de dirección de estructura, sin incorporarse directamente a la misma.
«Con este método, podemos lograr esa brecha de banda deseada porque no estamos agregando nada adicional al material, es solo una plantilla para guiar la formación de una película con la estructura distorsionada, y la película resultante es extremadamente estable», dijo Nagane.
«Estos hallazgos cambian nuestra estrategia de optimización y las pautas de fabricación para estos materiales», dijo el autor principal del estudio, el Dr. Sam Stranks, del Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de Cambridge. «Incluso los bolsillos pequeños que no están ligeramente distorsionados conducirán a pérdidas de rendimiento, por lo que las líneas de fabricación deberán tener un control muy preciso de cómo y dónde se depositan los diferentes componentes y aditivos ‘distorsionadores’. Esto asegurará que la pequeña distorsión sea uniforme en todas partes, sin excepciones».
Los investigadores esperan que este estudio ayude a mejorar la estabilidad y el rendimiento de la perovskita. Sus próximos pasos de investigación se centrarán en la integración de este enfoque en dispositivos prototipo, para explorar cómo esta técnica puede ayudar a obtener las células fotovoltaicas de perovskita perfectas.
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☞ El artículo completo original de Nicolás Verdejo lo puedes ver aquí
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