Una solución simple de potasio podría aumentar la eficiencia de las células solares de próxima generación, al permitirles convertir más luz solar en electricidad.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad de Cambridge descubrió que la adición de yoduro de potasio 'curó' los defectos y el movimiento de iones inmovilizados, que hasta la fecha han limitado la eficiencia de las células solares de perovskita baratas. Estas células solares de próxima generación podríanse puede usar como una capa que aumenta la eficiencia sobre las células solares a base de silicio existentes, o se puede convertir en células solares independientes o LED de colores. Los resultados se informan en la revista Naturaleza .
Las células solares en el estudio se basan en perovskitas de haluro metálico, un grupo prometedor de materiales semiconductores iónicos que en solo unos pocos años de desarrollo ahora rivalizan con las tecnologías fotovoltaicas comerciales de película delgada en términos de su eficiencia para convertir la luz solar en electricidad.Las perovskitas son baratas y fáciles de producir a bajas temperaturas, lo que las hace atractivas para las células solares y la iluminación de próxima generación.
A pesar del potencial de las perovskitas, algunas limitaciones han obstaculizado su eficiencia y consistencia. Los pequeños defectos en la estructura cristalina de las perovskitas, llamadas trampas, pueden hacer que los electrones se atasquen antes de que su energía pueda ser aprovechada.alrededor de un material de célula solar, cuanto más eficiente sea ese material para convertir fotones, partículas de luz, en electricidad. Otro problema es que los iones pueden moverse en la célula solar cuando se iluminan, lo que puede causar un cambio en la banda prohibida.El color de la luz que absorbe el material.
"Hasta ahora, no hemos podido estabilizar estos materiales con la banda prohibida que necesitamos, por lo que hemos estado tratando de inmovilizar el movimiento de iones ajustando la composición química de las capas de perovskita", dijo el Dr. Sam Stranks deEl Laboratorio Cavendish de Cambridge, que dirigió la investigación, "permitiría que las perovskitas se utilicen como células solares versátiles o como LED de colores, que son esencialmente células solares que funcionan en sentido inverso".
En el estudio, los investigadores alteraron la composición química de las capas de perovskita al agregar yoduro de potasio a las tintas de perovskita, que luego se autoensamblan en películas delgadas. La técnica es compatible con los procesos de rollo a rollo, lo que significa que es escalabley económico El yoduro de potasio formó una capa 'decorativa' en la parte superior de la perovskita que tuvo el efecto de 'curar' las trampas para que los electrones pudieran moverse más libremente, así como inmovilizar el movimiento de iones, lo que hace que el material sea más estableen el bandgap deseado.
Los investigadores demostraron un rendimiento prometedor con los bandgaps de perovskita ideales para colocar en capas sobre una célula solar de silicio o con otra capa de perovskita, las llamadas células solares en tándem. Las células solares en tándem de silicio son la primera aplicación generalizada de perovskitas.agregando una capa de perovskita, la luz se puede cosechar de manera más eficiente de un rango más amplio del espectro solar.
"El potasio estabiliza las bandas de banda de perovskita que queremos para las células solares en tándem y las hace más luminiscentes, lo que significa células solares más eficientes", dijo Stranks, cuya investigación es financiada por la Unión Europea y el Programa Horizonte 2020 del Consejo Europeo de Investigación.maneja casi por completo los iones y defectos en las perovskitas "
"Hemos descubierto que las perovskitas son muy tolerantes a los aditivos; puede agregar nuevos componentes y funcionarán mejor", dijo el primer autor Mojtaba Abdi-Jalebi, candidato a doctorado en el Laboratorio Cavendish, financiado por Nava TechnologyLimitado: "A diferencia de otras tecnologías fotovoltaicas, no necesitamos agregar una capa adicional para mejorar el rendimiento, el aditivo simplemente se mezcla con la tinta de perovskita".
Los dispositivos de perovskita y potasio mostraron una buena estabilidad en las pruebas, y fueron 21.5% eficientes en la conversión de luz en electricidad, que es similar a las mejores células solares basadas en perovskita y no muy por debajo del límite de eficiencia práctica de las células solares a base de silicio,que es 29%. Las células en tándem hechas de dos capas de perovskita con bandas de banda ideales tienen un límite teórico de eficiencia del 45% y un límite práctico del 35%, los cuales son más altos que los límites actuales de eficiencia práctica para el silicio ".obtener más poder por su dinero ", dijo Stranks.
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