Crédito: ciencia (2025). Doi: 10.1126/science.adt3417
Los investigadores de EPFL han encontrado una manera de reducir drásticamente la pérdida de energía y aumentar la eficiencia en las células solares de perovskita al incorporar el rubidio utilizando la tensión en la red, una ligera deformación en la estructura atómica que ayuda a mantener el rubidio en su lugar.
La energía solar es una de las soluciones más prometedoras para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Pero hacer paneles solares más eficientes es un desafío constante. Las células solares de perovskita (PSC) han cambiado el juego, ofreciendo mejoras rápidas en eficiencia y potencial para la fabricación de bajo costo. Sin embargo, todavía sufren pérdidas de energía y problemas de estabilidad operativa.
El desafío con los perovskitas de manguera ancha
Las células solares de perovskita, particularmente las utilizadas en las configuraciones en tándem, confían en materiales de manguito ancho (WBG), semiconductores que absorben la luz de mayor energía (“más blue”) al tiempo que permite que la luz de menor energía (rojiza) pase, para maximizar la eficiencia. Sin embargo, las formulaciones de perovskita de banda ancha a menudo sufren de segregación de fase, donde diferentes componentes se separan con el tiempo, lo que provoca una disminución en el rendimiento.
Una solución es agregar rubidio (RB) para estabilizar los materiales de WBG, pero hay una captura: RB tiende a formar fases secundarias no deseadas, lo que reduce su efectividad para estabilizar la estructura de perovskita.
La solución EPFL: tensión en el rescate
Los científicos dirigidos por Lukas Pfeifer y Likai Zheng en el grupo de Michael Grätzel en EPFL ahora han encontrado una manera de obligar a RB a quedarse donde se necesita. Al utilizar la “cepa de red” de la película de perovskita, lograron incorporar iones Rb en la estructura, lo que evitó la segregación de fase no deseada. Este nuevo enfoque no solo estabiliza el material WBG, sino que también mejora su eficiencia energética al minimizar la recombinación no radiativa, un culpable clave en la pérdida de energía.
El trabajo se publica en la revista Science.
Los investigadores utilizaron la tensión en la red, una distorsión controlada en la estructura atómica, para mantener RB bloqueada en la red de perovskita. Lo hicieron ajustando la composición química y ajustando con precisión el proceso de calefacción y enfriamiento. Calentamiento rápido seguido de tensión inducida por enfriamiento controlada, evitando que RB forme fases secundarias no deseadas y asegurando que permaneciera integrado dentro de la estructura.
Verificar y ajustar el enfoque
Para confirmar y comprender este efecto, el equipo utilizó la difracción de rayos X para analizar los cambios estructurales, la resonancia magnética nuclear de estado sólido para rastrear la colocación atómica de RB y el modelado computacional para simular cómo interactúan los átomos en diferentes condiciones. Estas técnicas proporcionaron una imagen detallada de cómo la incorporación de RB estabilizada por deformación.
Además de la tensión en la red, también encontraron que la introducción de iones de cloruro es clave para estabilizar la red compensando las diferencias de tamaño entre los elementos incorporados. Esto aseguró una distribución más uniforme de los iones, reduciendo los defectos y mejorando la estabilidad general del material.
El resultado? Un material más uniforme con menos defectos y una estructura electrónica más estable. La nueva composición de perovskita, mejorada con RB estabilizado por cepas, alcanzó un voltaje de circuito abierto de 1.30 V, un impresionante 93.5% de su límite teórico. Esto representa una de las pérdidas de energía más bajas jamás registradas en perovskitas de WBG. Además, el material modificado mostró un mejor rendimiento cuántico de fotoluminiscencia (PLQY), lo que indica que la luz solar se convirtió de manera más eficiente en electricidad.
Impacto en la energía renovable
La reducción de la pérdida de energía en las células solares de perovskita podría conducir a paneles solares más eficientes y rentables. Esto es especialmente importante para las células solares en tándem, donde las perovskitas se combinan con silicio para maximizar la eficiencia.
Los hallazgos también tienen implicaciones más allá de los paneles solares: se están explorando los PEROVSKITES para LED, sensores y otras aplicaciones optoelectrónicas. Al estabilizar las perovskitas de WBG, la investigación de EPFL podría ayudar a acelerar la comercialización de estas tecnologías.
Más información: Likai Zheng et al, la incorporación de rubidio inducida por la cepa en perovskitas de manguera ancha reduce la pérdida de fotovoltaje, la ciencia (2025). Doi: 10.1126/science.adt3417. www.science.org/doi/10.1126/science.adt3417
Proporcionado por Ecole Polytechnique Federal de Lausanne
Cita: la cepa ‘Trick’ mejora la eficiencia de las células solares de perovskite (2025, 3 de abril) recuperó el 3 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04strain-perovskite-solar-cells-facience.html
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