Un derivado de la perovskita se ha revelado en un nuevo estudio como un material estable que genera electricidad de la luz solar de manera eficiente, lo que puede desafiar la hegemonía del silicio.

El silicio domina los productos de energía solar: es estable, barato y eficiente para convertir la luz solar en electricidad. Cualquier material nuevo debe competir y ganar por esos motivos.

Los equipos colaboradores en la investigación muestran en la revista ‘Science’ cómo el material CsPbI3 se ha estabilizado en una nueva configuración capaz de alcanzar altas eficiencias de conversión. Se trata de una perovskita inorgánica, un grupo de materiales que está ganando popularidad en el mundo solar debido a su alta eficiencia y bajo costo. Esta configuración es notable ya que estabilizar estos materiales ha sido históricamente un desafío.

“Estamos satisfechos con los resultados que sugieren que CsPbI3 puede competir con los materiales líderes de la industria –destaca en un comunicado el profesor Yabing Qi, jefe de la Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de la Superficie de OIST, quien dirigió el aspecto de la ciencia de la superficie del estudio. A partir de este resultado preliminar, ahora trabajaremos para aumentar la estabilidad del material y las perspectivas comerciales”.

CsPbI3 a menudo se estudia en su fase alfa, una configuración bien conocida de la estructura cristalina conocida apropiadamente como la fase oscura debido a su color negro. Esta fase es particularmente buena para absorber la luz solar. Desafortunadamente, también es inestable, y la estructura se degrada rápidamente en una forma amarillenta, menos capaz de absorber la luz solar.

En cambio, este estudio exploró el cristal en su fase beta, una disposición menos conocida de la estructura que es más estable que su fase alfa. Si bien esta estructura es más estable, muestra una eficiencia de conversión de energía relativamente baja.

Esta baja eficiencia se debe en parte a las grietas que a menudo surgen en las células solares de película delgada. Estas grietas inducen la pérdida de electrones en capas adyacentes en la célula solar, electrones que ya no pueden fluir como electricidad.

El equipo trató el material con una solución de yoduro de colina para ‘curar’ estas grietas, y esta solución también optimizó la interfaz entre capas en la célula solar, conocida como alineación del nivel de energía.

“Los electrones fluyen naturalmente a materiales con menor energía potencial para los electrones, por lo que es importante que los niveles de energía de las capas adyacentes sean similares a CsPbI3 –apunta el doctor Luis K. Ono, coautor del laboratorio del profesor Qi–. Esta sinergia entre capas da como resultado que se pierdan menos electrones y se genere más electricidad”.

El equipo de OIST, con el apoyo del Centro de Desarrollo e Innovación Tecnológica de OIST, utilizó la espectroscopía de fotoemisión ultravioleta para investigar la alineación del nivel de energía entre CsPbI3 y las capas adyacentes. Estos datos mostraron cómo los electrones pueden moverse libremente a través de las diferentes capas, generando electricidad.

Los resultados mostraron una baja pérdida de electrones a las capas adyacentes después del tratamiento con yoduro de colina, debido a una mejor alineación del nivel de energía entre las capas. Al reparar las grietas que emergen naturalmente, este tratamiento condujo a un aumento en la eficiencia de conversión del 15 por ciento al 18 por ciento.

Si bien ese salto puede parecer pequeño, lleva CsPbI3 al ámbito de la eficiencia certificada, los valores competitivos ofrecidos por los materiales solares rivales. Aunque este resultado inicial es prometedor, la perovskita inorgánica aún está en sus primeras fases.

Para que CsPbI3 compita realmente con el silicio, el equipo trabajará a continuación en los tres factores que permitirán que continúe el reinado del silicio: estabilidad, coste y eficiencia.

Fuente: univision.com