Com mantenir un rendiment estable a llarg termini de les cèl·lules solars de perovskita?

En els últims anys, els materials de perovskita s'estan convertint ràpidament en un candidat popular per a l'energia solar. No obstant això, un dels seus principals inconvenients és que es descompon fàcilment a la llum solar directa. La bona notícia és que un equip d'investigadors de la Universitat de Califòrnia, Los Angeles (UCLA) acaba d'introduir un nou recobriment per a panells fotovoltaics de perovskita amb una millor estabilitat a la llum solar.

Segons un article publicat recentment a la revista Nature, els investigadors de la UCLA han trobat la causa principal del problema i han proposat una solució d'aplicació senzilla que es pot implementar en el procés de fabricació.

Durant molt de temps, els materials basats en silici han ocupat una posició considerable en el camp de les cèl·lules solars, i pocs materials poden igualar-los en termes d'eficiència, durabilitat, cost, així successivament.

No obstant això, en els últims anys, amb l'augment de la investigació de l'halur metàl·lic, les perovskites estan creixent ràpidament fins a convertir-se en un competidor seriós, a més d'estar a prop de l'eficiència dels materials basats en silici, també és més lleuger, més flexible i menys costós.

Un problema amb els materials de perovskita, però, és que es descomponen fàcilment a la llum solar directa, de manera que la seva eficiència disminueix amb el temps.

Els intents anteriors dels investigadors d'afegir macromolècules, pigments antics, nanodots de carboni fets de cabell, additius bidimensionals, compostos de pebre i fins i tot tecnologia de punts quàntics han intentat salvar els problemes de durabilitat de les cèl·lules solars de perovskita.

Afortunadament, l'equip de la UCLA ha trobat el mecanisme darrere de la descomposició de materials de perovskita. Irònicament, el fenomen resulta ser el resultat de processos de tractament superficial dissenyats per reparar defectes i augmentar la seva eficiència.

S'informa que el procés implica recobrir la superfície amb una capa d'ions orgànics, però l'equip d'investigació va trobar el desavantatge de fer-ho: els electrons portadors d'energia s'acumularan a la superfície del panell fotovoltaic de perovskita.

Per empitjorar les coses, aquesta condició al seu torn interromp la disposició dels àtoms de perovskita, fent que finalment es descomponguin amb el temps.

En vista d'això, l'equip de la UCLA va pensar a afegir parells iionistes positius i negatius en el procés de tractament superficial per resoldre aquest problema.

Això no només ajuda a mantenir la superfície neutra i estable, sinó que no interfereix amb el procés original de prevenció de defectes.

Per provar l'efecte del nou procés de recobriment, els investigadors van dur a terme una prova d'envelliment accelerat simulada del panell solar de perovskita millorat en un entorn de llum brillant tot el temps.

Es va descobrir que la nova tecnologia va permetre al panell fotovoltaic de perovskita mantenir una eficiència de conversió de fins al 87% després de 2.000 hores. En el grup de control no tractat, va caure fins al 65%.

Al final, el coautor de l'estudi Shaun Tan va dir: "Les nostres cèl·lules solars de perovskita aconsegueixen l'alta eficiència més estable coneguda fins ara".

Al mateix temps, l'equip de la UCLA també ha establert un nou coneixement fonamental sobre el qual la comunitat pot desenvolupar i millorar encara més aquesta tecnologia multi-pla per avançar en el disseny de cèl·lules solars de perovskita més estables.