Un simple cambio en la fabricación podría dar paso a paneles solares delgados más duraderos

La investigación dirigida por miembros de la Escuela de Ingeniería Samueli de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) ha desarrollado con éxito un ajuste de fabricación que evitará que los cristales de perovskita, el material activo en las células solares de película delgada, se degraden cuando se exponen a la luz solar.

Cristales de perovskita producidos en el Laboratorio Nacional de Los Álamos. Créditos de imagen Laboratorio Nacional de Los Álamos / Flickr.

Los hallazgos allanan el camino hacia paneles solares que conservan su eficiencia a lo largo del tiempo. Esto seguramente reducirá el costo operativo de dichos paneles, convirtiéndolos en una fuente de energía limpia aún más atractiva desde un punto de vista económico. La mayor vida útil de los paneles también reduciría la necesidad de reemplazar dichos componentes, lo que significa que se requeriría menos trabajo para operar granjas solares y reducir los desechos que producen.

En palabras del equipo, este trabajo elimina el mayor obstáculo en el camino de la adopción a gran escala de la tecnología de células solares de película delgada.

Células solares, ahora a prueba de sol

“Las células solares basadas en perovskita tienden a deteriorarse con la luz solar mucho más rápido que sus contrapartes de silicio, por lo que su efectividad para convertir la luz solar en electricidad disminuye a largo plazo”, dijo el autor principal Yang Yang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de UCLA Samueli y titular de Carol y Lawrence E. Tannas, Jr., Presidente Dotado.

“Sin embargo, nuestra investigación muestra por qué sucede esto y proporciona una solución simple. Esto representa un gran avance en la comercialización y adopción generalizada de la tecnología de perovskita”.

Las perovskitas son un grupo de materiales cuya estructura cristalina es la misma que la de los óxidos de calcio y titanio. Un grupo particular de estos, conocidos como perovskitas de haluro metálico, tienen un gran potencial en el campo de las células solares de película delgada. Su principal ventaja es un menor costo de producción en comparación con los paneles basados ​​en silicio, lo que ayudaría a impulsar la adopción de tecnologías de energía solar a gran escala en toda la sociedad. Sin embargo, tienen un defecto importante: tal como están ahora, los paneles basados ​​en perovskitas de haluro metálico se degradan con el tiempo cuando se exponen a la luz solar, que es, básicamente, la descripción del trabajo de un panel solar.

El equipo identificó un paso en el proceso de producción de dichos paneles que en realidad va en contra de su expectativa de vida. Un tratamiento de superficie comúnmente aplicado para eliminar defectos en estas células solares y mejorar su eficiencia termina creando una carga negativa en su superficie. Los investigadores explican que esta sustancia crea sin querer una ‘trampa’ para los electrones en la superficie. Con el tiempo, el aumento de la carga en esta área desestabiliza los átomos de la perovskita y reduce su eficiencia. Es decir, este tratamiento superficial acaba destruyendo los paneles al ser iluminados por la luz solar.

¿La solución? Combine los iones cargados negativamente en el tratamiento de superficie con iones cargados positivamente. Esto hace que la superficie sea más neutra a los electrones y estable, explican, al mismo tiempo que permite que el tratamiento corrija los defectos en la superficie del material.

En el laboratorio, el equipo sometió los paneles tratados con su revestimiento propuesto a condiciones de envejecimiento acelerado e iluminación constante que simulaba la luz del sol. Las celdas mantuvieron el 87% de su rendimiento original durante más de 2000 horas de trabajo. A modo de comparación, los paneles de control (que fueron tratados con el revestimiento tradicional) se redujeron al 65 % de su rendimiento original durante el mismo tiempo.

“Nuestras células solares de perovskita se encuentran entre las más estables en eficiencia reportadas hasta la fecha”, agrega Shaun Tan, Ph.D en UCLA y coautor del estudio. “Al mismo tiempo, también hemos establecido nuevos conocimientos fundamentales, sobre los cuales la comunidad puede desarrollar y refinar aún más nuestra técnica versátil para diseñar células solares de perovskita aún más estables”.

El artículo “Heterointerfaces limitantes de la estabilidad de la fotovoltaica de perovskita” ha sido publicado en el diario Naturaleza.