Un estudio dirigido por KU Leuven por primera vez explica cómo se puede estabilizar un tipo prometedor de perovskitas, cristales artificiales que pueden convertir la luz solar en electricidad. Como resultado, los cristales se vuelven negros, lo que les permite absorberluz solar. Esto es necesario para poder utilizarlos en nuevos paneles solares que sean fáciles de fabricar y altamente eficientes. El estudio fue publicado en ciencia .
Las perovskitas son materiales semiconductores que tienen muchas aplicaciones. Son particularmente prometedores en la recolección de energía solar. Actualmente, la mayoría de las células solares están hechas con cristales de silicio, un material relativamente sencillo y eficaz de procesar para este propósito. Sin embargo, los dispositivos basados en perovskita ofrecenmayores eficiencias de conversión que el silicio. El único problema: algunas de las perovskitas más prometedoras, a saber, el triyoduro de cesio y plomo CsPbI3, son muy inestables a temperatura ambiente. En estas condiciones, tienen un color amarillo, ya que los átomos del cristal noformar una estructura de perovskita. Para que los cristales absorban la luz solar de manera eficiente y la conviertan en electricidad, deben estar en un estado negro de perovskita y permanecer así.
"El silicio forma un cristal rígido muy fuerte. Si lo presionas, no cambiará su forma. Por otro lado, las perovskitas son mucho más suaves y maleables", explica el Dr. Julian Steele del KU Leuven Centerpara separaciones de membranas, adsorción, catálisis y espectroscopía para soluciones sostenibles cMACS. "Podemos estabilizarlos en diversas condiciones de laboratorio, pero a temperatura ambiente, los átomos de perovskita negra realmente quieren reorganizarse, cambiar la estructura y, en última instancia, convertir el cristal en amarillo. "
Junto con un equipo internacional de científicos, Steele descubrió que al unir una película delgada de células solares de perovskita a una hoja de vidrio, las células pueden obtener y mantener el estado negro deseado. La película delgada se calienta a una temperatura de 330 gradosCelsius, lo que hace que las perovskitas se expandan y se adhieran al vidrio. Después de calentar, la película se enfría rápidamente a temperatura ambiente. Este proceso fija los átomos en los cristales, restringiendo su movimiento, para que permanezcan en la forma negra deseada.
"Hay tres pilares que determinan la calidad de las células solares: precio, estabilidad y rendimiento. Las perovskitas obtienen una puntuación alta en rendimiento y precio, pero su estabilidad sigue siendo un problema importante", dice Steele. Los científicos ya habían estado observando durante variosaños que las perovskitas pueden conservar su negrura después del calentamiento, pero aún no estaba claro por qué. "En nuestro estudio, elegimos CsPbI3 porque su rendimiento es muy alto", explica Steel. "Además, es uno de los tipos más inestables deperovskitas, lo que significa que es sensible al método que describimos, y debería traducirse en otras perovskitas inestables ".
Gran parte de los datos utilizados en el estudio se recopilaron en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica. Para comprender las observaciones experimentales a escala molecular, los colegas del Centro de Modelado Molecular CMM de la Universidad de Ghent apoyaron el hallazgo con simulaciones teóricas del negro yfases amarillas de las perovskitas. Los resultados computacionales fueron necesarios para racionalizar por qué la fase negra se estabiliza al fijarla como una película delgada a un sustrato de vidrio.
Todavía es un misterio cómo se produce exactamente la unión, aunque hay hipótesis. "Normalmente, tomaríamos un microscopio con resolución atómica y echaríamos un vistazo directamente. Sin embargo, eso es imposible con las perovskitas, ya que son difíciles de observar conun instrumento de imágenes de tan alta resolución, ya que son tan suaves y propensos a desmoronarse bajo la energía relativamente alta de las sondas comunes ".
"Comprender cómo funciona este mecanismo ayudará a que se realicen más investigaciones para finalmente desarrollar paneles solares que utilicen cristales de perovskita pura", dice Steele. "Dado que el nivel de entrada para procesar células solares basadas en perovskita es relativamente bajo, pueden ser muy beneficiosos para las personasen países en desarrollo que operan en una infraestructura más limitada ". Además, las perovskitas se pueden usar en LED, sensores fotoeléctricos, transistores, detectores de rayos X y más.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por KU Lovaina . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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