Un panorama soleado para la energía solar
Una nueva investigación demuestra que las células solares de perovskita totalmente orgánicas son muy prometedoras para mejorar la eficiencia de las células solares
Las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas ya han demostrado eficacias fotovoltaicas muy altas, superiores al 25%. La opinión predominante en este campo es que las moléculas orgánicas (que contienen carbono e hidrógeno) del material son cruciales para lograr este impresionante rendimiento porque se cree que suprimen la recombinación de portadores asistida por defectos.
Las perovskitas totalmente inorgánicas se comparan bien con sus homólogas híbridas en términos de eficiencia
ILLUSTRATION BY XIE ZHANG
Una nueva investigación del departamento de materiales de la UC Santa Bárbara ha demostrado no sólo que esta suposición es incorrecta, sino también que los materiales totalmente orgánicos tienen el potencial de superar a las perovskitas híbridas. Los resultados se publican en el artículo "All-inorganic halide perovskites as candidates for efficient solar cells", que aparece en la portada del número del 20 de octubre de la revista Cell Reports Physical Science.
"Para comparar los materiales, realizamos simulaciones exhaustivas de los mecanismos de recombinación", explicó Xie Zhang, investigador principal del estudio. "Cuando la luz incide en el material de una célula solar, los portadores fotogenerados generan una corriente; la recombinación en los defectos destruye algunos de esos portadores y, por tanto, disminuye la eficiencia. Los defectos actúan, pues, como asesinos de la eficiencia".
Para comparar las perovskitas inorgánicas e híbridas, los investigadores estudiaron dos materiales prototipo. Ambos materiales contienen átomos de plomo y yodo, pero en uno de ellos la estructura cristalina se completa con el elemento inorgánico cesio, mientras que en el otro está presente la molécula orgánica de metilamonio.
Resolver estos procesos experimentalmente es muy difícil, pero los cálculos mecánicos cuánticos más avanzados pueden predecir con exactitud las tasas de recombinación, gracias a la nueva metodología desarrollada en el grupo del profesor de materiales de la UCSB Chris Van de Walle, quien atribuyó a Mark Turiansky, estudiante de posgrado del grupo, la ayuda para escribir el código para calcular las tasas de recombinación.
"Nuestros métodos son muy eficaces para determinar qué defectos causan la pérdida de portadores", dijo Turiansky. "Es emocionante ver el enfoque aplicado a uno de los problemas críticos de nuestro tiempo, como es la generación eficiente de energía renovable".
La ejecución de las simulaciones mostró que los defectos comunes a ambos materiales dan lugar a niveles comparables (y relativamente benignos) de recombinación. Sin embargo, la molécula orgánica de la perovskita híbrida puede romperse; cuando se produce la pérdida de átomos de hidrógeno, las "vacantes" resultantes disminuyen fuertemente la eficiencia. La presencia de la molécula es, por tanto, un perjuicio, más que una ventaja, para la eficiencia global del material.
¿Por qué, entonces, no se ha notado esto experimentalmente? Principalmente porque es más difícil hacer crecer capas de alta calidad de los materiales totalmente orgánicos. Tienen tendencia a adoptar otras estructuras cristalinas, y promover la formación de la estructura deseada requiere un mayor esfuerzo experimental. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que conseguir la estructura preferida es definitivamente factible. Aun así, esta dificultad explica que las perovskitas totalmente orgánicas no hayan recibido tanta atención hasta la fecha.
"Esperamos que nuestros hallazgos sobre la eficiencia esperada estimulen más actividades dirigidas a producir perovskitas inorgánicas", concluyó Van de Walle.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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