Científicos de materiales de la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA y colegas de otras cinco universidades de todo el mundo han descubierto la razón principal por la cual las células solares de perovskita, que son muy prometedoras para mejorar la eficiencia de conversión de energía, se degradan con la luz solar, lo que hace que su rendimiento se degrade con el tiempo. El equipo demostró con éxito un ajuste de fabricación simple para corregir la causa de la degradación, eliminando así la mayor barrera para la adopción generalizada de la tecnología de células solares de película delgada.
Un trabajo de investigación que detalla los hallazgos fue publicado hoy en Naturaleza como elemento de acceso anticipado. La investigación está dirigida por Yang Yang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en UCLA Samueli y titular de la cátedra Carol and Lawrence E. Tannas, Jr. Los coautores son Shaun Tan y Tianyi Huang, ambos recientemente doctorados en UCLA Samueli. D. graduados que Yang aconsejó.
Las perovskitas son un grupo de materiales que tienen la misma disposición atómica o estructura cristalina que el óxido de titanio de calcio mineral. Un subgrupo de perovskitas, las perovskitas de haluro metálico, están atrayendo un gran interés de investigación debido a su aplicación prometedora para células solares de película delgada energéticamente eficientes.
Las células solares basadas en perovskita podrían fabricarse a costos mucho más bajos que sus contrapartes basadas en silicio, lo que hace que las tecnologías de energía solar sean más accesibles si la degradación comúnmente experimentada bajo una exposición prolongada a la iluminación puede procesarse adecuadamente.
«Las células solares basadas en perovskita tienden a deteriorarse con la luz solar mucho más rápido que sus contrapartes de silicio, por lo que su eficiencia para convertir la luz solar en electricidad disminuye a largo plazo». dijo Yang, quien también es miembro del Instituto de Nanosistemas de California en UCLA. «Sin embargo, nuestra investigación muestra por qué sucede esto y proporciona una solución simple. Esto representa un gran avance en la comercialización y adopción generalizada de la tecnología de perovskita».
Un tratamiento de superficie común utilizado para eliminar defectos de las células solares es depositar una capa de iones orgánicos que hace que la superficie tenga una carga demasiado negativa. El equipo dirigido por UCLA descubrió que, si bien el tratamiento tiene como objetivo mejorar la eficiencia de conversión de energía durante el proceso de fabricación de las células solares de perovskita, también crea involuntariamente una superficie más rica en electrones, una trampa potencial para los electrones que transportan energía.
Esta condición desestabiliza la disposición ordenada de los átomos y, con el tiempo, las células solares de perovskita se vuelven cada vez menos eficientes, lo que finalmente las hace poco atractivas para la comercialización.
Armados con este nuevo descubrimiento, los investigadores han encontrado una manera de combatir la degradación celular a largo plazo mediante la combinación de iones cargados positivamente con iones cargados negativamente para tratamientos de superficie. El interruptor permite que la superficie sea más neutra a los electrones y más estable, al mismo tiempo que mantiene la integridad de los tratamientos superficiales de prevención de defectos.
El equipo probó la resistencia de sus células solares en un laboratorio bajo condiciones de envejecimiento acelerado e iluminación 24/7 diseñada para imitar la luz solar. Las células lograron mantener el 87 % de su rendimiento original al convertir la luz solar en electricidad durante más de 2000 horas. A modo de comparación, las células solares fabricadas sin la solución se redujeron al 65 % de su rendimiento original después de probarse durante el mismo tiempo y en las mismas condiciones.
“Nuestras células solares de perovskita se encuentran entre las más estables en términos de eficiencia reportadas hasta la fecha”, bronceado dijo. «Al mismo tiempo, también hemos establecido nuevos conocimientos fundamentales, sobre los cuales la comunidad puede desarrollar y refinar aún más nuestra técnica versátil para diseñar células solares de perovskita aún más estables».
Los otros autores correspondientes del artículo son Rui Wang, profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Westlake en Hangzhou, China; y Jin-Wook Lee, profesor asistente de ingeniería en la Universidad Sungkyunkwan en Suwon, Corea del Sur. Wang y Lee son antiguos becarios postdoctorales de UCLA asesorados por Yang.
investigadores de UC Irvine; Universidad de Marmara, Turquía; y la Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung, Taiwán, también contribuyeron al artículo.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía de los Estados Unidos.
La fuente: https://www.ucla.edu/
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