Un nuevo material incrementa la eficiencia y la estabilidad de las células solares de perovskita

Estos resultados, obtenidos por científicos de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en Brasil, podrán favorecer la producción de energía solar

Agência FAPESP* – En un artículo publicado en el Journal of Materials Chemistry C, científicos brasileños describieron una estrategia tendiente a dotar de una mayor eficiencia y estabilidad a las células solares a base de perovskita, un material semiconductor elaborado en laboratorio. Los resultados de este proyecto podrán aportar en el futuro buenos resultados con la mira puesta en la producción de energía solar.

Este método, desarrollado por investigadores de la Universidade Estadual Paulista (Unesp) en su campus de la localidad de Bauru, en Brasil, comprende el empleo de un tipo de materiales conocidos como MXenes. Se trata de materiales 2D que combinan metales de transición, carbono y/o nitrógeno, aparte de un grupo funcional como el flúor, el oxígeno o un hidroxilo. Exhiben altos niveles de conductibilidad eléctrica, estabilidad térmica y transmitencia, que es la capacidad de ser atravesados por la luz sin absorberla.

En este estudio, el MXene Ti₃C₂T_x se utilizó como dopante del material polimérico polimetilmetacrilato, que a su vez se aplicó como capa de pasivación en células solares de perovskita con arquitectura invertida. La capa de pasivación es una capa de material extra agregada para mitigar posibles defectos del sólido policristalino –en este caso, la perovskita–, en la interacción con el ambiente o debido a la propia conformación interna del sólido. La noción de arquitectura invertida hace referencia a la posición de la capa de perovskita con relación a las capas de los otros materiales que componen la célula solar.

El uso del Ti₃C₂T_x incrementó del 19 % al 22 % la eficiencia de las células y también su estabilidad, al hacer que los dispositivos lleguen al doble de tiempo de trabajo sin merma de rendimiento en comparación con los dispositivos sin la presencia de la capa de pasivación.

João Pedro Ferreira Assunção, primer autor del artículo y estudiante de maestría en el Programa de Posgrado en Ciencia y Tecnología de Materiales de la Unesp, explicó que los resultados fueron sorprendentes, pues de entrada lo que esperaban era únicamente subsanar la mengua de rendimiento provocada por el agregado de la capa aislante de pasivación.

El investigador comentó además que el actual enfoque de las investigaciones en células solares de perovskita recae sobre su fabricación industrial, y que a tal fin se buscan dispositivos más estables para su empleo a gran escala y con alto rendimiento.

“En este artículo mostramos que el agregado del material MXene puede no solamente representar una realidad factible para la fabricación de estos dispositivos, sino también mostrar el camino para hacia ese logro. Asimismo, explotamos diversas técnicas de caracterizaciones eléctricas, morfológicas y estructurales que contribuyen para alcanzar una mejor comprensión científica del comportamiento y del funcionamiento de este tipo tan complejo de dispositivos”, comenta Ferreira Assunción.

Según el investigador, se trata de un paso prometedor para las metas de producción de energía limpia, mitigación de los impactos ambientales y promoción de la industria brasileña como potencia de producción de células solares.

Algunas etapas de esta investigación, como la espectroscopía de fotoelectrones excitados mediante rayos X, se llevaron a cabo en el Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) de la FAPESP con sede en la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar).

Puede leerse el artículo intitulado Interface passivation with Ti₃C₂T_x-MXene doped PMMA film for highly efficient and stable inverted perovskite solar cells en el siguiente enlace: pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/TC/D3TC03810F#fn1.