Los aditivos de sal corrigen los defectos de los cristales de perovskita en las células solares

Bajar el punto de fusión para crear una red uniforme

Las perovskitas son cristales sintéticos formados por disposiciones atómicas repetidas que absorben la luz y transfieren cargas eléctricas, y representan un campo de invención prometedor para la tecnología solar. Cuando las películas delgadas de perovskita se depositan sobre una superficie durante la fabricación, se desarrollan huecos estructurales microscópicos que atrapan las cargas y acortan la vida útil, según informa Interesting Engineering.

Para contrarrestar este problema, el equipo de investigación introdujo dos aditivos químicos específicos: bromuro de zinc y cloruro de metilamonio. Las sales actúan mediante un proceso eutéctico volátil que reduce el punto de fusión de los ingredientes de la perovskita del mismo modo que la sal de carretera derrite el hielo. Al exponerse al calor, la mezcla forma brevemente una pasta líquida que da a los átomos tiempo suficiente para organizarse en una red uniforme en lugar de solidificarse en una formación desordenada. A medida que continúa el procesamiento térmico, los aditivos de sal se evaporan por completo y dejan una capa cristalina pura.

«Los defectos han sido el cuello de botella de las perovskitas durante casi una década. Si logramos eliminar los defectos principales, por fin podremos empezar a construir dispositivos que duren más y funcionen de forma más fiable».

— Yanqi Luo, científico de línea de luz del Laboratorio Nacional Argonne

Cartografiar las reparaciones atómicas en tiempo real

Seguir la reestructuración del cristal requirió herramientas analíticas de alta resolución en la Advanced Photon Source y el Center for Nanoscale Materials del Laboratorio Nacional Argonne. Mediante sondas de rayos X de alta intensidad, los científicos registraron simultáneamente la composición química y el comportamiento óptico, según Interesting Engineering.

Las mediciones confirmaron que los átomos de zinc residuales migran hacia las líneas de falla restantes durante el calentamiento y suavizan los defectos antes de que puedan formarse trampas estructurales. El científico de línea de luz Yanqi Luo y el equipo verificaron que eliminar estas imperfecciones suprime la principal barrera de rendimiento que ha frenado la comercialización de la perovskita durante aproximadamente una década, lo que establece una valiosa propiedad intelectual para los futuros sistemas energéticos.

Mejoras de rendimiento medidas en módulos y diodos

El método eutéctico volátil produjo mejoras medibles en varios tipos de dispositivos probados en el laboratorio. Las células solares de pequeña superficie alcanzaron una eficiencia de conversión de potencia certificada del 25,9 por ciento, mientras que los minimódulos de perovskita de mayor tamaño llegaron al 23,9 por ciento, según documenta Interesting Engineering.

Además de conservar el 85,8 por ciento de la eficiencia inicial tras 1.400 horas a 85 grados Celsius, el tratamiento del cristal resultó eficaz en otros dispositivos optoelectrónicos. Los diodos emisores de luz fabricados con el proceso alcanzaron una eficiencia cuántica externa del 26,1 por ciento. Con la Advanced Photon Source actualizada para emitir haces de rayos X hasta 500 veces más brillantes, los investigadores planean pasar de las instantáneas estáticas a la observación continua de la formación de cristales en superficies industriales más grandes, lo que allana el camino para un despliegue comercial escalable y la protección mediante patentes.

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