Célula solar de perovskita de estaño estable después de más de 1.300 horas

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Investigadores de la Universitat Jaume I, de Castelló, en España, afirman haber desarrollado la célula solar de perovskita de estaño (Sn) con mayor estabilidad jamás registrada hasta la fecha. «Hasta ahora, nuestros resultados más prometedores se han obtenido para aplicaciones fotovoltaicas. Sin embargo, también estamos centrando nuestros esfuerzos en el desarrollo de LEDs, utilizando células solares híbridas de perovskita de estaño como materiales emisores de luz», dijo el autor correspondiente de la investigación, Rafael Sánchez, a pv magazine. «Nuestra investigación se está dedicando a mejorar la eficiencia de los LEDs, a sintonizar el color de la luz emitida para cubrir otras regiones espectrales interesantes y a ampliar la vida útil del dispositivo en condiciones de funcionamiento».

Sánchez explicó que las perovskitas de haluro de estaño se consideran actualmente una alternativa válida a las peligrosas perovskitas de haluro de plomo y que, sin embargo, los dispositivos solares construidos con estos materiales han demostrado hasta ahora ser menos estables que sus homólogos de plomo. «Cabe mencionar que las células solares de perovskita de estaño adolecen de dos graves limitaciones que reducen drásticamente su rendimiento, principalmente. Por un lado tiene un reducido voltaje de circuito abierto debido a los fuertes procesos de recombinación de carga y, por otro, tiene una limitada vida útil de funcionamiento, que en la mayoría de los estudios reportados no alcanza las 1.000 horas en condiciones de punto de máxima potencia (MPP)», enfatizó, señalando que estos dos inconvenientes están íntimamente relacionados con la tendencia inherente del estaño a oxidarse de Sn(II) a Sn(IV). «El reto consiste en dilucidar si estos hándicaps corresponden a limitaciones intrínsecas insalvables de esta familia de materiales o, por el contrario, si estas debilidades pueden superarse a partir de una comprensión más profunda de los mecanismos fotoelectroquímicos implicados y de la explotación de aditivos a medida que puedan mejorar su funcionalidad.»

Un diodo emisor de luz (LED) en funcionamiento, fabricado con PEA2SnI4 como material emisor de luz. Imagen: Universitat Jaume I de Castelló

La célula solar se construyó con yoduro de formamidinio y estaño (FASnI3), borohidruro de sodio (NaBH4) como agente reductor, y un voluminoso catión de amonio secundario de pequeño tamaño conocido como yoduro de dipropilamonio (DipI). «Las propiedades reductoras del NaBH4 desempeñan el papel de impedir la oxidación del Sn(II) en Sn(IV) durante el procesamiento de la solución, lo que promueve una mejor cristalización de la película y minimiza el número de defectos cristalinos», explicó el grupo de investigación. «Hemos comprobado que el empleo de ambos aditivos induce un efecto sinérgico que conduce a una eficiencia del 10,61%, con una estabilidad extraordinaria».

La célula fue capaz de conservar alrededor del 96% de la eficiencia inicial después de 1.300h. «Nuestra estrategia permite preparar dispositivos basados en FASnI3 de forma altamente reproducible que alcanzan niveles de estabilidad a largo plazo que no se han reportado, hasta la fecha», explicaron los científicos.

Según Sánchez, la cantidad de materiales necesarios para ensamblar un dispositivo completo es bastante baja, lo que sin duda contribuiría a reducir, aún más, los costes, sobre todo si esta tecnología alcanzara el nivel de producción en masa. «Nuestros dispositivos están hechos de materiales relativamente baratos y abundantes y se fabrican mediante métodos de procesamiento en solución, conceptos muy deseables para la implementación de tecnologías de bajo coste», afirmó. «Nuestros resultados desvelan un nuevo escenario en el campo de la fotovoltaica híbrida de estaño-perovskita y abren una nueva serie de estrategias para que esta tecnología dé un gran paso adelante».

La célula solar se describe en el artículo «Tin perovskite solar cells with >1,300 h of operational stability in N2 through a synergistic chemical engineering approach«, publicado en Joule.

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