La tecnología fotovoltaica (PV), que convierte la luz en electricidad, se aplica cada vez más en todo el mundo para generar energía renovable. Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) han desarrollado un tratamiento molecular que aumenta significativamente la eficiencia y durabilidad de las células solares de perovskita. Su progreso acelerará potencialmente la producción a gran escala de esta energía limpia.
Una clave para la solución fue la identificación exitosa de parámetros críticos que determinan el rendimiento y la vida útil de las perovskitas de haluro, un material fotovoltaico de próxima generación que se ha convertido en uno de los materiales más prometedores en dispositivos fotovoltaicos gracias a su estructura cristalina única. Se publican los resultados ciencia
Dirigido por el profesor asistente Lin Yen-Hung del Departamento de Ingeniería Electrónica e Informática y el Laboratorio Estatal Clave de Tecnologías Optoelectrónicas y de Visualización Avanzada, el equipo de investigación exploró diferentes formas de pasivación, un proceso químico que reduce la cantidad de defectos o sus efectos. en materiales, aumentando así el rendimiento y la longevidad de los dispositivos que incorporan estos materiales. Se centraron en la familia de moléculas “aminosilano” para inmovilizar las células solares de perovskita.
“Muchos tipos de pasivación han sido muy importantes para mejorar la eficiencia de las células solares de perovskita en la última década. Sin embargo, la ruta de pasivación que conduce a la mayor eficiencia a menudo no mejora significativamente la estabilidad operativa a largo plazo”, explica el profesor Lin. .
Por primera vez, el equipo de investigación ha demostrado cómo diferentes tipos de aminas (primarias, secundarias y terciarias) y sus combinaciones pueden mejorar la superficie de las películas de perovskita, donde se forman muchos defectos. Lo lograron utilizando métodos tanto “ex situ” (fuera del entorno operativo) como “in situ” (dentro del entorno operativo) para observar las interacciones de las moléculas con la perovskita. A partir de ahí, identificaron moléculas que aumentaban significativamente el rendimiento cuántico de fotoluminiscencia (PLQY), es decir, la cantidad de fotones emitidos tras la excitación del material, lo que indica menores defectos y mejor calidad.
“Este método es crucial para el desarrollo de células solares en tándem, que combinan múltiples capas de materiales fotoactivos con diferentes bandas prohibidas. El diseño maximiza el uso del espectro solar al absorber diferentes porciones de luz solar en cada capa, lo que conduce a una mayor eficiencia general”. El profesor Lin detalló la solicitud.
En su demostración de células solares, el equipo creó dispositivos de tamaño mediano (0,25 cm²) y grande (1 cm²). El experimento logró bajas pérdidas de fotovoltaje en una amplia gama de bandas prohibidas manteniendo al mismo tiempo una salida de alto voltaje. Estos dispositivos alcanzan altas tensiones en circuito abierto que superan el 90% del límite termodinámico. La evaluación comparativa de casi 1.700 conjuntos de datos de la literatura existente mostró que sus resultados estaban entre los mejores reportados hasta ahora en términos de eficiencia de conversión de energía.
Aún más importante, el estudio demostró una notable estabilidad operativa para las células pasivadas con aminosilano según el protocolo de la Cumbre Internacional sobre Células Solares Orgánicas (ISOS) -L-3, un método de prueba estandarizado para células solares. Aproximadamente 1500 horas después del proceso de envejecimiento de la celda, la eficiencia del punto de máxima potencia (MPP) y la eficiencia de conversión de energía (PCE) se mantuvieron en niveles altos. Para celdas pasivadas de manera óptima reducidas al 95 % de su valor inicial, la eficiencia Champion MPP y Champion PCE se registraron en 19,4 % y 20,1 %, respectivamente, las métricas más altas (cuando se tiene en cuenta la banda prohibida) y más largas reportadas. hasta ahora
El profesor Lin enfatizó que su proceso de tratamiento no sólo aumenta la eficiencia y durabilidad de las células solares de perovskita, sino que también es compatible con la producción a escala industrial.
“Este tratamiento es similar al proceso de cebado HMDS (hexametildisilazano) ampliamente utilizado en la industria de los semiconductores”, dijo. “Estas similitudes sugieren que nuestro nuevo método puede integrarse fácilmente en los procesos de fabricación existentes, es comercialmente viable y está listo para aplicaciones a gran escala”.
El equipo incluye al estudiante de doctorado en ingeniería electrónica e informática CAO Xu-Li, gerente senior del Laboratorio Estatal Clave de Tecnologías Optoelectrónicas y de Visualización Avanzada, junto con colegas de la Universidad de Oxford y la Universidad de Sheffield. Fionn Yeung fue incluido