Penetración e intercalación de ligandos. Crédito: Wang et al. (Nature Energy, 2025).
Las células solares, dispositivos que pueden convertir la luz solar en energía eléctrica, se están generalizando cada vez más, con muchos hogares e industrias en todo el mundo que ahora dependen de ellos como una fuente de electricidad. Mientras que los fotovoltaicos cristalinos a base de silicio y otras células solares ampliamente disponibles funcionan relativamente bien, la fabricación puede ser costosa y no funcionan bien en condiciones de poca luz u otras condiciones desfavorables.
Los ingenieros de energía renovable han estado tratando de desarrollar células solares alternativas que sean más fáciles de fabricar, al tiempo que convierten de manera eficiente la luz solar en energía eléctrica. Estos incluyen células solares perovskitas, dispositivos fotovoltaicos que dependen de perovskitas, materiales que absorben la luz con una estructura cristalina característica que se asemeja a la del titanato de calcio mineral (Catio₃).
A pesar de sus buenas eficiencias de conversión de potencia (PCE), se ha encontrado que la mayoría de las células solares de perovskita desarrolladas hasta ahora se degradan rápidamente con el tiempo, debido a los defectos en la superficie de las capas de perovskita que pueden atrapar a los portadores de carga. Las estrategias de pasivación, que tienen como objetivo neutralizar estos defectos, podrían ayudar a superar las limitaciones de las células solares de perovskita existentes, mejorando en última instancia su rendimiento a largo plazo y facilitando su adopción a gran escala.
Investigadores de la Universidad de Westlake, la Universidad de Zhejiang y otros institutos en China han introducido recientemente una nueva estrategia de pasivación que podría neutralizar las irregularidades electrónicas en una amplia gama de perovskitas y también es más fácil de integrar con los procesos de fabricación de células solares existentes que otros métodos de pasivación introducidos en el pasado. Esta estrategia, descrita en un artículo publicado En la energía de la naturaleza, se basa en el uso de un disolvente de alcohol modificado llamado isopropanol fluorado, que limita las reacciones químicas indeseables entre un agente de pasivación y las capas de perovskita.
“La pasivación por defectos de la superficie es crucial para mejorar la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita”, escribieron Sisi Wang, Weizhong Tian y sus colegas en su artículo. “Sin embargo, su reproducibilidad y aplicabilidad universal no se han explorado completamente, lo que limita la producción a gran escala. Introducimos una estrategia de pasivación basada en isopropanol fluorado para la pasivación total de defectos superficiales con solo una capa delgada de perovskita de baja dimensión, que no interfiere con el transporte de carga”.
Pasivación saturada a través del método de inmersión (estrategia SP basada en la inmersión). Crédito: Nature Energy (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01791-z
Muchas estrategias previamente propuestas para neutralizar defectos en las capas de perovskita no son universalmente aplicables a diferentes materiales y tipos de células solares. Además, a menudo no logran resultados consistentes en lotes del mismo material, por lo que serían difíciles de implementar de manera confiable a gran escala.
En contraste, se encontró que la estrategia de pasivación introducida por Wang, Tian y sus colegas eran efectivas para las células solares de perovskita con diferentes diseños subyacentes y composiciones de materiales. La estrategia implica enjuague las perovskitas con una mezcla de isopropanol fluorado y estándar, disolventes que garantizan colectivamente la eliminación de un exceso de productos químicos, mejorando así la uniformidad de las capas de perovskita.
“El isopropanol fluorado reduce la reactividad de las moléculas pasivador con la perovskita y permite el uso de altas concentraciones de pasivador, asegurando una pasivación completa de defectos”, escribió Wang, Tian y sus colegas.
“Un enjuague posterior con una mezcla de disolvente de isopropanol e isopropanol fluorados elimina la molécula de pasivador excesivo. Demostramos que la estrategia tiene una amplia ventana de procesamiento con alta tolerancia a las desviaciones a la concentración de pasivadores y es aplicable a diversas arquitecturas de dispositivos, composiciones de perovskitas y áreas de dispositivos”.
Los investigadores utilizaron su estrategia de pasivación para preparar películas uniformes de perovskita, que luego usaron para fabricar células solares. Cuando probaron el rendimiento de estas células solares, descubrieron que exhibieron constantemente eficiencias de conversión de alta potencia.
Como la estrategia desarrollada por Wang, Tian y sus colegas podrían ser más fácil de integrar con los procesos de fabricación existentes y parece obtener resultados más consistentes, en última instancia, podría contribuir a la producción industrial a gran escala y rentable de células solares de perovskite. En el futuro, otros equipos de investigación podrían aplicar la misma estrategia o adaptaciones a sus propias células solares para mejorar su uniformidad y rendimiento.
Escrito para usted por nuestro autor Ingrid Fadellieditado por Gaby Clark
y verificado y revisado por Robert Egan —Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Sisi Wang et al, isopropanol fluorado para mejorar la pasivación de defectos y la reproducibilidad en las células solares de perovskita, la energía de la naturaleza (2025). Dos: 10.1038/s41560-025-01791-z.
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Cita: la nueva estrategia de pasivación mejora la escalabilidad y la eficiencia de las células solares de perovskita (2025, 26 de junio) recuperada el 26 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-passivation-strategy-scalability-eficiency-perovskite.html
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