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Gran salto para las células solares de perovskita estables y de alta eficiencia

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Las células solares fabricadas con materiales conocidos como «perovskitas» están alcanzando la eficiencia de las células solares tradicionales basadas en silicio. Al mismo tiempo, tienen ventajas de bajo costo y corto tiempo de recuperación de la energía.

Sin embargo, estas células solares tienen problemas de estabilidad, algo que los investigadores de la Universidad de Linköping, junto con colaboradores internacionales, han logrado resolver. Los resultados, publicados en Science, son un gran paso adelante en la búsqueda de células solares de próxima generación.

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Crédito de la imagen: Pixabay (licencia de Pixabay gratis)

“Nuestros resultados abren nuevas posibilidades para desarrollar células solares eficientes y estables. Además, brindan nuevos conocimientos sobre cómo funciona el dopaje de semiconductores orgánicos”, dice Feng Gao, profesor del Departamento de Física, Química y Biología (IFM) de la Universidad de Linköping.

Las perovskitas son materiales cristalinos con un enorme potencial para contribuir a solucionar la escasez de energía en el mundo. Son baratos de fabricar, con alta eficiencia y bajo peso. Sin embargo, las células solares de perovskita pueden degradarse rápidamente y no ha sido posible construir células solares basadas en perovskita de alta eficiencia con la estabilidad requerida.

“Parece haber una compensación entre alta eficiencia y estabilidad en las células solares basadas en perovskita. Las células solares de perovskita de alta eficiencia tienden a mostrar una baja estabilidad, y viceversa”, dice Tiankai Zhang, posdoctorado en IFM y uno de los principales autores del artículo publicado en Science.

material dopado

Cuando la energía solar se convierte en electricidad en células solares basadas en perovskita, normalmente se necesitan una o más capas de transporte de carga. Estos se encuentran directamente al lado de la capa de perovskita en la celda solar. Las capas de transporte de carga orgánica a menudo necesitan moléculas auxiliares para funcionar según lo previsto. El material se describe como «dopado».

Una capa de transporte dopada llamada Spiro-OMeTAD es un punto de referencia en las células solares de perovskita y ofrece eficiencias de conversión de energía récord. Pero el método actual utilizado para dopar Spiro-OMeTAD es lento y provoca el problema de la estabilidad de las células solares de perovskita.

“Ahora hemos logrado eliminar la compensación que ha obstaculizado el desarrollo, utilizando una nueva estrategia de dopaje para Spiro-OMeTAD. Esto nos permite obtener una alta eficiencia y una buena estabilidad”, dice Tiankai Zhang.

Flexible y ligero

Otro autor principal del artículo, Feng Wang, es profesor junior en IFM. Señala que las células solares basadas en perovskita se pueden usar de muchas maneras y tienen muchas áreas de aplicaciones.

“Una ventaja de usar perovskitas es que las células solares que se fabrican son delgadas, lo que significa que son livianas y flexibles. También pueden ser semitransparentes. Sería posible, por ejemplo, aplicar células solares basadas en perovskita en ventanas grandes o fachadas de edificios. Las células solares basadas en silicio son demasiado pesadas para usarlas de esta manera”, dice Feng Wang.

El estudio ha sido financiado por el Consejo de Investigación Sueco, una subvención inicial del ERC, la Fundación Knut y Alice Wallenberg y AFM (Área de Investigación Estratégica del Gobierno Sueco en Ciencia de Materiales sobre Materiales Funcionales) en la Universidad de Linköping. Feng Gao también es miembro de la Academia Wallenberg.

El artículo: Dopaje radical modulado por iones de spiro-OMeTAD para células solares de perovskita más eficientes y estables Tiankai Zhang, Feng Wang, Hak-Beom Kim, In-Woo Choi, Chuanfei Wang, Eunkyung Cho, Rafal Konefal, Yuttapoom Puttisong, Kosuke Terado, Libor Kobera, Mengyun Chen, Mei Yang, Sai Bai, Bowen Yang, Jiajia Suo, Shih -Chi Yang, Xianjie Liu, Fan Fu, Hiroyuki Yoshida, Weimin M. Chen, Jiri Brus, Veaceslav Coropceanu, Anders Hagfeldt, Jean-Luc Brédas, Mats Fahlman, Dong Suk Kim, Zhangjun Hu y Feng Gao, ciencia vol. 377 Edición 6605 publicado en línea: 28 de julio de 2022. DOI: 10.1126/science.abo2757

Escrito por Anders Törneholm

Fuente: Universidad de Linköping






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