Avance importante en las células solares de perovskita

- Nov 07, 2019-

Fuente: scitechdaily.com


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Los científicos de materiales de la Universidad de Rice usan ingredientes inorgánicos para limitar los defectos y retener la eficiencia.

Los científicos de la Universidad de Rice creen que han superado un obstáculo importante para evitar que las células solares basadas en perovskita logren el uso convencional.

Jia Liang, Universidad de Rice

El investigador postdoctoral de la Universidad de Rice, Jia Liang, posee células solares de perovskita desarrolladas con todos los materiales inorgánicos. El control de los defectos en las células al eliminar los componentes orgánicos los hizo más robustos al tiempo que conservaba su eficiencia de conversión de energía. Crédito: Jeff Fitlow / Rice University

Mediante el uso estratégico del elemento indio para reemplazar parte del plomo en las perovskitas, el científico de materiales de Rice Jun Lou y sus colegas de la Escuela de Ingeniería de Brown dicen que están en mejores condiciones para diseñar los defectos en las células solares de yoduro de plomo y cesio que afectar la brecha de banda del compuesto, una propiedad crítica en la eficiencia de la célula solar.

Como beneficio adicional, las células recién formuladas del laboratorio pueden fabricarse al aire libre y durar meses en lugar de días con una eficiencia de conversión solar ligeramente superior al 12%.

Los resultados del equipo de Rice se publicaron en Advanced Materials ayer, 4 de noviembre de 2019.

Las perovskitas son cristales con celosías en forma de cubos que se sabe que son recolectores de luz eficientes, pero los materiales tienden a estar estresados por la luz, la humedad y el calor.

No los perovskitas de arroz, dijo Lou.

"Desde nuestra perspectiva, esto es algo nuevo y creo que representa un avance importante", dijo. “Esto es diferente de las perovskitas tradicionales de las que la gente ha estado hablando durante 10 años: los híbridos inorgánicos-orgánicos que le brindan la mayor eficiencia hasta ahora registrada, aproximadamente el 25%. Pero el problema con ese tipo de material es su inestabilidad.

"Los ingenieros están desarrollando capas de protección y elementos para proteger esos materiales preciosos y sensibles del medio ambiente", dijo Lou. “Pero es difícil hacer una diferencia con los propios materiales intrínsecamente inestables. Es por eso que nos propusimos hacer algo diferente ".

Sección transversal del microscopio electrónico de la célula solar de perovskita totalmente inorgánica

Una imagen de microscopio electrónico muestra una sección transversal de la célula solar de perovskita totalmente inorgánica desarrollada en la Universidad de Rice. Desde la parte superior, las capas son un electrodo de carbono, perovskita, óxido de titanio, óxido de estaño dopado con flúor y vidrio. La barra de escala es igual a 500 nanómetros. Crédito: Grupo Lou / Universidad Rice

El investigador postdoctoral y autor principal de Rice, Jia Liang, y su equipo construyeron y probaron células solares de perovskita de cesio inorgánico, plomo y yoduro, las mismas células que tienden a fallar rápidamente debido a defectos. Pero al agregar bromo e indio, los investigadores pudieron eliminar defectos en el material, elevando la eficiencia por encima del 12% y el voltaje a 1.20 voltios.

Como beneficio adicional, el material demostró ser excepcionalmente estable. Las células se prepararon en condiciones ambientales, resistiendo la alta humedad de Houston, y las células encapsuladas permanecieron estables en el aire durante más de dos meses, mucho mejor que los pocos días que duraron las células simples de yoduro de plomo y cesio.

Vista esquemática de la célula solar de perovskita totalmente inorgánica

Una vista esquemática muestra una célula solar de perovskita totalmente inorgánica desarrollada por científicos de materiales en la Universidad de Rice. Crédito: Grupo Lou / Universidad Rice

"La mayor eficiencia para este material puede ser de aproximadamente el 20%, y si podemos llegar allí, puede ser un producto comercial", dijo Liang. “Tiene ventajas sobre las células solares basadas en silicio porque la síntesis es muy barata, está basada en soluciones y es fácil de ampliar. Básicamente, simplemente lo extiendes sobre un sustrato, lo dejas secar y tienes tu célula solar ".

Referencia: "Células solares de perovskita totalmente inorgánicas habilitadas para ingeniería de defectos" por Jia Liang, Xiao Han, Ji-Hui Yang, Boyu Zhang, Qiyi Fang, Jing Zhang, Qing Ai, Meredith M. Ogle, Tanguy Terlier, Angel A. Martí y Jun Lou, 4 de noviembre de 2019, Materiales avanzados .
DOI: 10.1002 / adma.201903448

 

 

Los coautores del artículo son Xiao Han de la Universidad Politécnica del Noroeste de China; Ji-Hui Yang de la Universidad Fudan, Shanghai; y los estudiantes graduados de Rice Boyu Zhang, Qiyi Fang, Meredith Ogle, el investigador postdoctoral Jing Zhang, el visitante académico Qing Ai, el especialista en investigación Tanguy Terlier y Angel Martí, profesor asociado de química, bioingeniería y ciencia de materiales y nanoingeniería. Lou es profesor de ciencias de los materiales y nanoingeniería, y de química.

La beca posdoctoral Peter M. y Ruth L. Nicholas en nanotecnología, la Fundación Welch, el Consejo de Becas de China y la Fundación Nacional de Ciencia apoyaron la investigación.