Un nuevo estudio ha encontrado tanto la causa como una solución para la molesta tendencia de las células solares de perovskita a degradarse a la luz del sol, un avance en la investigación que podría eliminar un obstáculo para la comercialización de esta tecnología prometedora. En un hallazgo clave, los investigadores de Los Alamos NationalEl laboratorio descubrió que esos dispositivos degradados exhiben poderes de autocuración cuando se les da un poco de tiempo en la oscuridad. El equipo determinó que la fotodegradación en las células de perovskita es un proceso puramente electrónico debido a la acumulación de carga sin daño químico a la estructura cristalina y, por lo tanto, puede serreducido, mientras que las propiedades de autocuración de las células les permiten recuperarse en la oscuridad.
"Podemos estabilizar el rendimiento del dispositivo controlando la temperatura ambiental", dijo Wanyi Nie, investigador principal del artículo publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza . "La degradación de los dispositivos se puede suprimir simplemente bajando la temperatura unos pocos grados, es decir, de 25 grados Celsius a 0 grados Celsius".
El equipo, dirigido por Aditya Mohite del equipo "Light to Energy" de Los Alamos en el grupo de Síntesis de materiales y dispositivos integrados, está explorando las células solares de perovskita semiconductoras de haluro organometálico. Son prometedoras debido a su alta eficiencia de conversión de potencia PCEsuperior al 20 por ciento y los bajos costos de fabricación: el material de perovskita se sintetiza a través de un proceso de solución a baja temperatura. Si bien es importante lograr un PCE alto, la transición exitosa de un experimento de prueba de concepto a una tecnología fotovoltaica real viable en el mercado requieredispositivo para operar con estabilidad bajo la luz solar continua, por supuesto, y en el aire y la humedad de las condiciones exteriores.
El problema de la estabilidad frente al aire / humedad ambiental se puede eludir mediante esquemas de encapsulación, pero la fotoestabilidad de los dispositivos basados en perovskita sigue siendo una cuestión abierta. Como se señala en la literatura, estas células solares sufrirán degradación con luz constante.incluso cuando el dispositivo está bajo vacío. Tal degradación con el tiempo con la iluminación solar podría socavar la comercialización de células solares basadas en perovskita.
El nuevo artículo, "Degradación de la fotocorriente activada por la luz y autocuración en células solares de perovskita", en coautoría de Wanyi Nie y Jean-Christophe Blancon, describe el proceso de fotodegradación ". Lo que encontramos en este estudio es quebajo una iluminación constante de 1 sol, las células solares de perovskita de grano grande se degradan principalmente en términos de la fotocorriente ", dijo Nie." Pero lo interesante es que los dispositivos pueden curarse por sí mismos cuando permanecen en la oscuridad por un corto tiempo ".
Al realizar una extensa caracterización del dispositivo y la espectroscopía, el equipo descubrió que la luz solar desencadena la activación de estados de trampa metaestables a una energía relativamente baja en el intervalo de banda de perovskita, lo que resulta en la captura y captura de portadores de carga fotogenerados., los portadores atrapados pueden acumularse aún más en el dispositivo, reduciendo la fotocorriente. Por otro lado, colocar los dispositivos de células solares en la oscuridad durante varios minutos permite la "evacuación" de estas cargas atrapadas, lo que conduce a la recuperación del rendimiento del dispositivo prístinoen el siguiente ciclo de operación. El equipo también descubrió que estos procesos dependen mucho de la temperatura, y que el control de la temperatura en un rango de unas pocas decenas de grados puede eludir la activación de los mecanismos de fotodegradación o acelerar la autocuraciónproceso.
Después de explorar varios mecanismos físicos posibles para explicar el origen microscópico de la formación de estos estados de trampa, las investigaciones conjuntas experimentales y teóricas concluyeron que el escenario más posible es la creación de pequeños estados polarónicos que involucren cepas reticulares y reorientaciones moleculares de lo orgánicocatión presente en la red de perovskita.
"Aunque varios trabajos teóricos han predicho el importante papel del catión orgánico CH3NH3 en la perovskita de haluro organometálico, es uno de los primeros informes teóricos experimentales conjuntos sobre la observación de su impacto en las propiedades de los materiales y dispositivos de perovskita,"Dijo Blancon." Nuestra comprensión del catión orgánico todavía es primitiva, pero nuestro trabajo demuestra su máxima importancia en la fotoestabilidad de los dispositivos de perovskita y requiere más investigaciones en el futuro ".
Lo más importante es que este estudio proporcionará a los investigadores de todo el mundo una primera solución al problema de la fotoestabilidad en los dispositivos de perovskita, y ahora se están realizando investigaciones futuras hacia mejoras y la viabilidad tecnológica a largo plazo de los fotovoltaicos basados en perovskita.
Los materiales híbridos de perovskita, los semiconductores cristalinos que pueden procesarse a partir de la solución a baja temperatura, tienen excelentes propiedades optoelectrónicas que han permitido una amplia variedad de aplicaciones de dispositivos. Los Alamos ha sido uno de los líderes en la comunidad de investigación fotovoltaica de perovskita híbrida.Al resolver el problema de estabilidad, el equipo está listo para aplicar el material en otras aplicaciones relacionadas con la seguridad energética de los EE. UU.
Los autores del artículo de Los Alamos son Wanyi Nie, Jean-Christophe Blancon, Amanda Neukirk, Hsinhan Tsai, Sergei Tretiak, Jared Crochet, Gautam Gupta y Aditya Mohite. Del Laboratorio Nacional Brookhaven están Kannatassen Appavoo y Matthew Sfeir; de la Universidad de Rutgers es MannishChhowalla; de la Universidad de Purdue es Mohammad Alam; de la Universidad de Rennes 1, Francia es Claudine Katan; y de INSA de Rennes, Francia es Jackie Even.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :