Un análisis microscópico de las células solares de perovskita revela una nueva percepción de cómo los dispositivos se degradan, información necesaria para acercar la tecnología a la comercialización. La investigación, que ha sido publicada en Nature Communicatios, ha sido realizada por científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía y de la Universidad de Texas en Austin.
El documento, «Impacto de los límites de grano en la eficiencia y la estabilidad de las perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas», lleva a cabo el esbozo de la primera generación de imágenes de fotoconductividad a nanoescala cuantitativa de dos películas delgadas de perovskita con diferentes eficiencias de conversión de energía.
Altamente eficientes en la conversión de la luz solar en electricidad, las células solares de perovskita han surgido como una nueva tecnología revolucionaria con el potencial de ser fabricadas más fácilmente y a un costo menor que las células solares de silicio. Las investigaciones en curso, incluso en NREL, se enfocan en mover las perovskitas más allá de un entorno de laboratorio.
Los investigadores observaron de cerca dos películas delgadas de perovskita híbridas orgánico-inorgánicas hechas de yoduro de metilamonio y plomo. Las células solares de perovskita poseen una estructura policristalina con granos de cristales individuales. Estos granos son adyacentes a otros cristales y el área donde tocan los cristales se conoce como un límite de grano.
Mayor rendimiento y durabilidad
Las dos películas delgadas examinadas variaron ligeramente. El primero, con granos más pequeños, tenía una eficiencia de conversión de energía (PCE) del 15%. El segundo, con granos más grandes, tenía un PCE del 18%. Cada película estaba protegida por una capa de plástico polimetil metacrilato (PMMA). La investigación anterior mostró que las películas no protegidas tendían a degradarse durante varias horas en condiciones ambientales. Las células solares, iluminadas por un rayo láser enfocado desde abajo, fueron examinadas por un nuevo instrumento, denominado microscopio de impedancia de microondas estimulada por la luz (MIM). Esto permitió a los investigadores cartografiar la fotoconductividad a nanoescala de las muestras.
El análisis mostró que la fotoconductividad de la muestra del 18%, que contenía una mejor cristalinidad, era de cinco a seis veces mayor que la de la otra película delgada. Las películas delgadas de perovskita se probaron en el transcurso de una semana en un área que era de 74 grados Fahrenheit y tenía un 35% de humedad relativa. Se observaron pocos cambios en la fotoconductividad los primeros días, pero al tercer día la medida comenzó a disminuir a medida que las moléculas de agua se movían a través del recubrimiento de PMMA. La investigación halló que la caída en la fotoconductividad surgió de la desintegración de los granos y no de los límites de los granos.
La investigación de la Universidad de Texas en Austin fue financiada por la National Science Foundation y la Welch Foundation. La investigación en NREL fue financiada por la Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de EE. UU.