La estrategia de formación de la base de Lewis a pedido aumenta la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita
Efectos de la formación a pedido de las moléculas SE sobre la cristalización de películas de perovskita que contienen CS y RB. Crédito: nanotecnología de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41565-025-01900-9
Las células solares basadas en perovskitas, los materiales con una estructura cristalina característica presentada primero en el titanato de calcio mineral (CATIO3), se han convertido en una alternativa prometedora a los fotoconocentes convencionales a base de silicio. Una ventaja clave de estos materiales es que podrían producir una alta eficiencia de conversión de energía (PCE), sin embargo, sus costos de producción podrían ser más bajos.
Las películas de perovskita pueden existir en diferentes formas estructurales, también denominadas fases. Uno es la llamada fase α (es decir, una fase negra fotoactiva), que es la fase más deseable para la absorción eficiente de la luz y el transporte de portadores de carga. La fase Δ, por otro lado, es una fase intermedia caracterizada por una disposición de átomo diferente y una fotoactividad reducida.
Investigadores de la Universidad de Toledo, la Universidad del Noroeste, la Universidad de Cornell y otros institutos introdujeron recientemente una nueva estrategia para controlar el proceso de cristalización en las células solares basadas en perovskitas, estabilizando la fase δ al tiempo que facilitó su transición a la fase α. Su enfoque propuesto, esbozado en un documento en la energía de la naturaleza, permite la formación de bases de Lewis en perovskitas a pedido para optimizar la cristalización, lo que puede mejorar la eficiencia y la estabilidad de las células solares.
“En la fabricación de células solares de perovskita basadas en FAPBI3, las bases de Lewis juegan un papel crucial en la facilitación de la formación de la fase α fotovoltaica deseada”, escribió Sheng Fu, Nannan Sun y sus colegas en su artículo.
“Sin embargo, existe una contradicción inherente en su papel: deben unirse fuertemente para estabilizar la fase δ intermedia, pero débilmente unirse para la eliminación rápida para permitir la transición de fase y el crecimiento del grano. Para resolver este conflicto, introdujimos una estrategia de formación de moléculas de base Lewis a pedido”.
Influencia de la formación a pedido de las moléculas SE en la formación de películas de perovskita FAPBI3. Crédito: Fu et al. (Nature Nanotechnology, 2025).
Para controlar de manera confiable el proceso de cristalización durante la fabricación de perovskitas para fotovoltaicos, FU, Sun y sus colegas usaron sales orgánicas que contenían ácidos Lewis. Estas sales se desprotonan para producir bases de Lewis en los tiempos deseados, sin embargo, también pueden convertirse nuevamente en sales y eliminar fácilmente una vez que cumplan su propósito.
Los investigadores evaluaron el potencial de su estrategia propuesta en una serie de pruebas y descubrieron que habilitaron la cristalización óptima de las películas de perovskita FAPBI3 fapbi3. Se descubrió que su enfoque mejora la calidad de las películas, asegurando que los cationes del sitio A se distribuyeran de manera uniforme y vertical al tiempo que producían tamaños de grano más grandes y menos vacíos en las interfaces enterradas.
El equipo utilizó las películas de perovskita que crearon utilizando su método para fabricar células solares y luego también probó el rendimiento de estas células. Sus resultados fueron muy alentadores, ya que las células alcanzaron buenas eficiencias de conversión de poder que se mantuvieron después de su operación continua durante largos períodos de tiempo.
“Las células solares de perovskita que incorporan el clorhidrato de semicarbazida lograron una eficiencia del 26.1%, con una eficiencia nacional de estado cuasi-estatal certificado por el laboratorio de energía renovable del 25,33%”, escribió Fu, Sun y sus colegas. “Estas células retuvieron el 96% de su eficiencia inicial después de 1,000 h de operación a 85 ° C bajo un seguimiento máximo de punto de potencia. Además, los mini-módulos con un área de apertura de 11.52 cm2 alcanzaron una eficiencia del 21.47%”.
La estrategia de formación de base Lewis del equipo pronto podría aplicarse a otros materiales de perovskita, lo que puede contribuir al avance de las células solares basadas en perovskitas y su futuro despliegue del mundo real. Como parte de su estudio, Fu, Sun y sus colegas usaron el clorhidrato de semicarbazida de sal que contiene ácido Lewis, sin embargo, su enfoque puede replicarse utilizando cualquier otro sal-ácido que contenga sal que exhiba una constante de disociación ácida baja.
Más información: Sheng Fu et al, Formación bajo demanda de bases de Lewis para células solares de perovskita eficientes y estables, nanotecnología de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41565-025-01900-9.
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Cita: La estrategia de formación de la base de Lewis a pedido aumenta la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita (2025, 4 de mayo) Recuperada el 4 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-demand-lewis-base-formation-strategy.html
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