Ilustración representativa del trabajo. Crédito: Jonathan Parion de la Universidad de Hasselt
Un estudio publicado En los futuros de materiales revela información crítica sobre el mecanismo de degradación de las células solares de perovskita de brecha de banda ancha escalable, un componente clave para las tecnologías solares en tándem de próxima generación.
Investigadores de IMEC, Universidad de Hasselt y la Universidad de Gante en Bélgica han identificado cómo el estrés térmico, tanto en la oscuridad como en la iluminación, afecta críticamente la estabilidad de estos dispositivos solares. Sus hallazgos revelan que en condiciones oscuras, la falla es impulsada principalmente por las capas de transporte de carga, mientras que bajo exposición a la luz, la falla se asocia con la degradación del material absorbente en sí.
Al someter los dispositivos a las pruebas de estrés aceleradas que reflejan los estándares de la industria, el equipo ha mapeado las vías de falla clave, ofreciendo una comprensión más clara de cómo mejorar la estabilidad a largo plazo.
Esta investigación representa un avance importante en el impulso hacia tecnologías solares de perovskitas de alta eficiencia comercialmente viables y de alta eficiencia, un paso crucial para el futuro de la generación de energía sostenible.
Los perovskitas de haluro de plomo híbrido-orgánicos de BandGap (WBG) amplios han ganado una atención significativa, principalmente debido a sus prometedoras propiedades optoelectrónicas que los hacen candidatos adecuados para integrarse como los principales absorbedores de células en células solares en tándem de muy alta eficiencia.
A pesar de esto, estas perovskitas de banda ancha generalmente enfrentan poca estabilidad bajo luz y a temperaturas elevadas. Esto se debe al mecanismo de segregación de fase, en el que el bromuro y las especies de yoduro que constituyen parte del cristal de perovskita separados en fases distintas, lo que obstaculiza la estabilidad de la capa.
Si bien se han explorado varias técnicas para superar este fenómeno, solo hay muy pocos informes que muestren el éxito de tales técnicas en dispositivos completos en diferentes condiciones estresantes. Además, la mayoría de los dispositivos informados en la literatura se fabricaron utilizando técnicas de escala de laboratorio y no escala como recubrimiento por spinning, que limitan su relevancia para la aplicación industrial.
En el documento de futuros de materiales, un equipo de investigación realizó un análisis exhaustivo de la degradación de las células de perovskita WBG frente a dispositivos de banda de banda más estrechos más estables.
Se utilizó una metodología estándar, derivada de la cumbre internacional sobre protocolos de estabilidad fotovoltaica orgánica (ISOS), para probar la estabilidad, a saber, ISOS-D2 e ISOS-L2. Para comprender la causa de la degradación en cada uno de estos casos, se utilizó una caja de herramientas de caracterización eléctrica integral.
A partir de este análisis, se supo que se observan diferentes modos de degradación en diferentes condiciones estresantes, enfatizando que la “estabilidad de perovskita” puede no ser un concepto absoluto. La degradación bajo ISOS-D2 (estrés térmico en la oscuridad) se origina principalmente de un problema en la capa de perovskita/ETL.
La degradación bajo ISOS-L2 (estrés térmico bajo luz), por el contrario, fue causada por un deterioro dramático de la capa de absorbente de perovskita. Este importante hallazgo enfatiza el papel del calor en el proceso de segregación de fase y en la degradación de las perovskitas de WBG en condiciones operativas, que se pasó por alto en muchos estudios anteriores.
En el futuro, aún no se han realizado varios pasos antes de que este material sea adecuado para la implementación de la escala industrial. Primero, se requiere una comprensión más detallada de la degradación a nivel de nanoescala en diferentes condiciones estresantes. Esto va en paralelo con los esfuerzos para mejorar la estabilidad de la perovskita de banda ancha, no solo en el material sino también a nivel de células y módulos.
En segundo lugar, estos dispositivos deben probarse en una gama más amplia de condiciones estresantes, lo que puede conducir al descubrimiento de nuevos modos de degradación.
La implementación de campo exterior es central entre estas pruebas, ya que imita la operación de la vida real de los dispositivos y debe resaltar qué pruebas aceleradas son las más representativas para reproducir estas condiciones.
Finalmente, al avanzar hacia la comercialización de esta tecnología, los estándares industriales claros para la estabilidad deben establecerse y junto con pruebas de estrés aceleradas adaptadas y estandarizadas.
Este trabajo constituye un hito clave en la comprensión de los problemas de estabilidad en las células solares de perovskita de banda ancha, para eventualmente permitir su comercialización y la aparición de la tecnología de células solares ultra eficientes de próxima generación.
Más información: Jonathan Parion et al, estudio en profundidad de la degradación en células de perovskita de banda ancha escalables, futuros de materiales (2025). Dos: 10.1088/2752-5724/AE01C1
Proporcionado por Songshan Lake Materials Laboratory
Cita: Células solares de próxima generación: el estudio brilla la luz sobre las principales vías de degradación en las células de perovskita de banda ancha (2025, 11 de septiembre) Recuperado el 11 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-generación-cells-major-degradation.html
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