Científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) han logrado un avance significativo al desarrollar una célula solar de perovskita invertida basada en una monocapa autoensamblada (SAM) que, según se informa, promete mejorar notablemente la estabilidad térmica de estas células.
Cambio drástico para la energía solar
Zhu Zonglong, profesor del Departamento de Química de CityU, quien colaboró estrechamente con el profesor Li Zhongan de la Universidad Huazhong de Ciencia y Tecnología, expresó que “las implicaciones de esta investigación son enormes y sus posibles aplicaciones podrían transformar la industria de la energía solar”.
En una innovadora estrategia, el equipo de investigación de CityU ha concebido una monocapa autoensamblada (conocida como SAM, por sus siglas en inglés) de carácter único, y la ha integrado en una superficie compuesta por nanopartículas de óxido de níquel, funcionando así como una capa de extracción de carga.
El profesor Zhu destaca que este enfoque ha tenido un impacto significativo en la robustez térmica de las células solares.
Mejorando la eficiencia
Según sus palabras, “nuestro método ha tenido un efecto drástico en la estabilidad térmica de estas células”, resaltando que la estabilidad térmica representa un desafío clave en el camino hacia la comercialización de las células solares de perovskita.
“Mediante la incorporación de una capa de extracción de carga de alta robustez térmica, nuestras células mejoradas mantienen una eficiencia impresionante, con un índice de eficiencia del 25,6%, conservando más del 90% de su rendimiento incluso después de operar a temperaturas elevadas, aproximadamente 65°C.”
“Este hito representa un logro histórico”, destacó el profesor Zhu. La prestigiosa revista Science ha dado a conocer este innovador trabajo bajo el título “Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells”.
Inestabilidad térmica, problema fundamental
La inspiración detrás de esta investigación surgió a raíz de un desafío fundamental en el campo de la energía solar: la inestabilidad térmica que enfrentan las células solares de perovskita.
“A pesar de su destacada eficiencia de conversión de energía, estas células solares pueden compararse con un vehículo deportivo que funciona de manera excepcional en climas fríos, pero tiende a sobrecalentarse y a ofrecer un rendimiento por debajo de su capacidad en días calurosos.”
“Esta ha sido una barrera significativa que ha limitado su adopción generalizada”, explicó el profesor Zhu.
Aislamiento térmico
El equipo de investigadores de CityU ha concentrado sus esfuerzos en la monocapa autoensamblada (SAM), una parte esencial en estas células, y la han concebido como un escudo térmico que requería fortalecimiento para superar este desafío.
“Descubrimos que la exposición a temperaturas elevadas puede ocasionar la ruptura de los enlaces químicos en el interior de las moléculas de SAM, lo que tiene un impacto adverso en el desempeño del dispositivo.”
“Por lo tanto, nuestra solución se asemeja a la incorporación de una armadura resistente al calor: consiste en una capa de nanopartículas de óxido de níquel coronada por una SAM. Este logro fue resultado de la combinación de diversos métodos experimentales y cálculos teóricos”, explicó el profesor Zhu.
Para abordar esta problemática, el equipo de investigadores de CityU adoptó una solución novedosa: anclar la SAM a una superficie de óxido de níquel intrínsecamente estable, incrementando de esta manera la energía de unión de la SAM al sustrato.
Además, desarrollaron su propia molécula SAM, creando una innovadora estructura molecular que mejora la extracción de carga en los dispositivos de perovskita.
Eficiencia en condiciones de temperatura elevada
La investigación ha desencadenado un hito significativo con el potencial de revolucionar el panorama de la energía solar. Al potenciar la estabilidad térmica de las células solares de perovskita mediante el innovador enfoque de las SAM, el equipo ha establecido las bases para que estas células operen con eficiencia, incluso en condiciones de alta temperatura.
“Este avance es de trascendental importancia, ya que aborda una barrera significativa que antes limitaba la adopción general de las células solares de perovskita.”
“Nuestros descubrimientos podrían ampliar en gran medida el uso de estas células, expandiendo sus posibilidades de aplicación a entornos y climas donde las altas temperaturas eran un obstáculo”, afirmó el profesor Zhu.
“Una vez que esta tecnología se comercialice plenamente, podría contribuir a reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y desempeñar un papel fundamental en la lucha contra la crisis climática a nivel global”, añadió.
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