Científicos de materiales de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA y colegas de otras cinco universidades de todo el mundo han descubierto la razón principal por la que las células solares de perovskita, que muestran una gran promesa para mejorar la eficiencia de conversión de energía, se degradan con la luz solar, lo que provoca que su rendimientosufrir con el tiempo El equipo demostró con éxito un ajuste de fabricación simple para solucionar la causa de la degradación, eliminando el mayor obstáculo hacia la adopción generalizada de la tecnología de celdas solares de película delgada.
Hoy se publicó un artículo de investigación que detalla los hallazgos en Naturaleza como artículo de acceso anticipado. La investigación está dirigida por Yang Yang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de UCLA Samueli y titular de la cátedra Carol and Lawrence E. Tannas, Jr., Endowed. Los coprimeros autores son Shaun Tany Tianyi Huang, ambos recién graduados de UCLA Samueli Ph.D., a quienes Yang asesoró.
Las perovskitas son un grupo de materiales que tienen la misma disposición atómica o estructura cristalina que el óxido de titanio de calcio mineral. Un subgrupo de perovskitas, las perovskitas de haluro metálico, son de gran interés para la investigación debido a su aplicación prometedoracélulas solares de película.
Las células solares basadas en perovskita podrían fabricarse a costos mucho más bajos que sus contrapartes basadas en silicio, lo que hace que las tecnologías de energía solar sean más accesibles si se puede abordar adecuadamente la degradación comúnmente conocida bajo una exposición prolongada a la iluminación.
"Las células solares basadas en perovskita tienden a deteriorarse con la luz solar mucho más rápido que sus contrapartes de silicio, por lo que su eficacia para convertir la luz solar en electricidad disminuye a largo plazo", dijo Yang, quien también es miembro del Instituto de Nanosistemas de California en UCLA"Sin embargo, nuestra investigación muestra por qué sucede esto y proporciona una solución simple. Esto representa un avance importante en la comercialización y adopción generalizada de la tecnología de perovskita".
Un tratamiento de superficie común que se utiliza para eliminar los defectos de las células solares consiste en depositar una capa de iones orgánicos que hace que la superficie tenga una carga demasiado negativa. El equipo dirigido por la UCLA descubrió que, si bien el tratamiento está destinado a mejorar la eficiencia de conversión de energía durante el proceso de fabricación decélulas solares de perovskita, también crea involuntariamente una superficie más rica en electrones, una trampa potencial para los electrones que transportan energía.
Esta condición desestabiliza la disposición ordenada de los átomos y, con el tiempo, las células solares de perovskita se vuelven cada vez menos eficientes, lo que finalmente las hace poco atractivas para la comercialización.
Armados con este nuevo descubrimiento, los investigadores encontraron una manera de abordar la degradación a largo plazo de las células emparejando los iones cargados positivamente con los cargados negativamente para los tratamientos superficiales. El interruptor permite que la superficie sea más neutra y estable a los electrones,preservando al mismo tiempo la integridad de los tratamientos superficiales para la prevención de defectos.
El equipo probó la resistencia de sus celdas solares en un laboratorio bajo condiciones de envejecimiento acelerado e iluminación 24/7 diseñada para imitar la luz solar. Las celdas lograron retener el 87 % de su rendimiento original de conversión de luz solar en electricidad durante más de 2000 horasA modo de comparación, las células solares fabricadas sin la solución se redujeron al 65 % de su rendimiento original después de probarlas en el mismo tiempo y en las mismas condiciones.
"Nuestras células solares de perovskita se encuentran entre las más estables en eficiencia reportadas hasta la fecha", dijo Tan. "Al mismo tiempo, también hemos establecido nuevos conocimientos básicos, sobre los cuales la comunidad puede desarrollar y refinar aún más nuestra técnica versátil paradiseñar células solares de perovskita aún más estables".
Los otros autores correspondientes del artículo son Rui Wang, profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Westlake en Hangzhou, China; y Jin-Wook Lee, profesor asistente de ingeniería en la Universidad Sungkyunkwan en Suwon, Corea del Sur. Tanto Wang como Leeson investigadores postdoctorales anteriores de UCLA asesorados por Yang.
Investigadores de UC Irvine; Marmara University, Turquía; y National Yang Ming Chiao Tung University, Taiwán, también contribuyeron al artículo.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de California - Los Ángeles. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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