Investigadores gallegos identifican procesos de degradación que limitan la estabilidad de las células solares de perovskita

El grupo udcsolids del Centro Interdisciplinar de Química y Biología (CICA) de la Universidade da Coruña participa en un estudio internacional que investiga las reacciones químicas y los movimientos de iones que pueden producirse en las capas internas de las células solares durante su fabricación.

“El trabajo, que aborda uno de los obstáculos para la comercialización de las células solares de perovskita, recrea en condiciones altamente controladas las interfaces internas de una célula de perovskita y analiza, capa a capa, los procesos que tienen lugar durante el ensamblaje”, explicó a pv magazine Alberto García, científico del CICA colaborador del estudio.

El científico indicó que los resultados muestran que algunos materiales empleados habitualmente como contacto metálico pueden desencadenar degradación desde las primeras etapas de fabricación. En particular, se observan movimientos de iones en el interior del dispositivo y reacciones químicas capaces de alterar la estructura de la perovskita, el material encargado de absorber la luz y generar electricidad.

Para estudiar estos fenómenos, el equipo construyó un dispositivo modelo sobre un monocristal de perovskita de yoduro de plomo. Sobre él se depositaron, mediante evaporación térmica, las capas funcionales habituales: una capa orgánica de transporte electrónico, otra capa orgánica que actúa como barrera y una capa de plata como contacto metálico. “Las medidas de espectroscopía revelan que estas capas reajustan sus niveles energéticos al entrar en contacto, lo que favorece el transporte de carga”, destaca el estudio.

Los investigadores concluyeron que, en términos de estabilidad, las capas orgánicas generan interfaces químicamente estables, pero la plata degrada la perovskita, formando plomo metálico. El estudio confirma que una barrera orgánica suficientemente gruesa puede mitigar esta degradación, ya que actúa como capa protectora y puede retener parte de la plata. “Aun así, los materiales de transporte permiten el paso de iones de plomo y yodo, que migran desde la perovskita hacia el contacto metálico y se acumulan en esa zona”, afirman.

La investigación indica que el uso de monocristales permite estudiar la estabilidad intrínseca de la perovskita, minimizando la influencia de defectos y límites de grano presentes en las películas delgadas. También destaca que la degradación aparece durante el ensamblaje, sin exposición ambiental, y afecta igualmente a otras perovskitas similares.

El estudio subraya la necesidad de proteger el absorbedor y desarrollar estrategias que bloqueen la migración iónica manteniendo un alineamiento energético favorable. Además, el trabajo confirma que determinadas capas protectoras pueden reducir parte de estos procesos de degradación, aportando información útil para el diseño de dispositivos más estables y duraderos.

García señala que, para trasladar estos resultados a la industria fotovoltaica, la fabricación de paneles solares de perovskita p‑i‑n deberá priorizar la optimización del espesor de las capas, ya que se ha demostrado que es crítico para prevenir la degradación. Además, sugiere que los fabricantes necesitarán desarrollar capas de transporte menos permeables para mitigar la migración de iones, un proceso de degradación que comienza incluso durante el ensamblaje de las capas superiores.

“Creo que el diseño industrial se verá impulsado hacia un control más estricto de las interfaces para maximizar el realineamiento energético favorable entre los materiales de contacto, mejorando así tanto la eficiencia como la estabilidad operativa a largo plazo”, explica el investigador. No le consta, por el momento, que compañías del sector hayan contactado con la universidad para explorar la aplicación industrial de los resultados.

García concluyó que estos resultados muestran que la forma en que se fabrican los dispositivos puede tener un impacto directo en su rendimiento y vida útil. “En el futuro será importante optimizar las capas que forman el dispositivo, controlar mejor las interfaces entre los distintos materiales y desarrollar estructuras más estables que reduzcan los procesos de degradación. Todo ello contribuirá a obtener dispositivos más eficientes, duraderos y fiables”.

La investigación, presentada en Energetics and chemistry at electron selective interfaces for p‑i‑n perovskite solar cells: an in situ investigation (Energética y química en interfaces selectivas de electrones para células solares de perovskita p‑i‑n: una investigación in situ), apareció en la revista científica ESS Solar. Científicos de la Universidade da Coruña, en colaboración con la Universidad de Uppsala (Suecia), realizaron el estudio.