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Las células solares de perovskita se han desarrollado extraordinariamente rápido, pasando de ser una curiosidad al área más candente de la investigación solar en el espacio de unos pocos años. Tras superar una serie de barreras, ha quedado un gran problema; su durabilidad. Un artículo en Nature Materials informa sobre una solución novedosa. Llega menos de quince días después de otros dos documentos potencialmente igualmente importantes, uno que proporciona una solución alternativa al mismo problema y el otro que indica que las perovskitas son incluso más emocionantes de lo que nadie sabía.
La gran mayoría de las células fotovoltaicas en funcionamiento en el mundo están hechas de silicio. Aunque la materia prima se encuentra entre las más baratas y abundantes de la Tierra, las altas temperaturas necesarias para producir polisilicio ultrapuro requieren un aporte de energía sustancial. A pesar de la espectacular caída de los precios de las células de silicio en los últimos 50 años, se cree ampliamente que para ir mucho más allá necesitaremos algo diferente. Se han probado muchas alternativas, y algunas han demostrado ser mejores que el silicio en ciertos nichos, pero solo parece probable que las perovskitas se conviertan en una fuente importante de energía en el mundo.
Las perovskitas reciben su nombre del material natural cuya estructura básica imitan. Se componen de calcio, oxígeno y titanio, todos elementos muy baratos, dopados con metales. La cantidad de metales utilizados es tan pequeña que los costes de fabricación deberían ser muy bajos. Además, donde las células de silicio son buenas para recolectar energía de la parte roja del espectro pero malas para la azul, las perovskitas se pueden ajustar para adaptarse a las longitudes de onda deseadas.
Las migraciones de iones han planteado un problema para los esfuerzos anteriores para comercializar células de perovskita porque los iones que migran hacen que el material sea inestable y provoque una descomposición a largo plazo. Incluso las células solares muy baratas no sirven de mucho para la mayoría de los propósitos si no duran mucho. Un equipo dirigido por el profesor Aram Amassian de la Universidad Estatal de Carolina del Norte ahora ha descrito una forma de "acorralar" iones dentro de las perovskitas para controlar estas migraciones.
“No hemos encontrado una manera de evitar que los iones se muevan a través de los materiales de perovskita, pero hemos descubierto que es posible dirigir estos iones hacia un conducto seguro que no perjudique la integridad estructural o el rendimiento del material”, dijo Amassian en un comunicado. “Es un gran paso adelante”.
Las perovskitas se producen como una serie de cristales o "granos", que se tocan en los límites de los granos. "Los granos están mejor protegidos contra el deterioro cuando los iones se mueven predominantemente a lo largo del límite del grano", dijo el primer autor Masoud Ghasemi.
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| Parece probable que las perovskitas se conviertan en una fuente importante de energía en el mundo. Imagen de Mirosław i Joanna Bucholc en Pixabay |
Mediante la gestión de los límites, el equipo ha demostrado que es posible hacer que las perovskitas sean más estables.
Como si extender la vida útil de los generadores limpios no fuera suficiente, Amassian cree que existe la posibilidad de que el trabajo de acorralamiento se aplique a otros tipos de portadores de carga cristalinos, lo que podría conducir a mejores dispositivos de almacenamiento de electricidad.
Dos semanas antes, un artículo en Science describía otra forma de estabilizar las perovskitas para su uso a largo plazo, tratándolas con 1,3-bis(difenilfosfino)propano (DPPP). A pesar de su formidable nombre, "DPPP también es un producto comercializado de bajo costo y fácil acceso", dijo el autor, el Dr. Zhaoning Song, de la Universidad de Toledo, en un comunicado.
Otro artículo más, también publicado durante estas épicas dos semanas, no aborda la estabilidad de las perovskitas, sino que demuestra que pueden ser aún más eficientes para convertir la luz solar en electricidad. Las celdas de perovskita son tan delgadas que se colocan sobre sustratos para darles estabilidad, y generalmente ha sido vidrio.
Sin embargo, el profesor Chunlei Guo y sus colegas de la Universidad de Rochester encontraron que las perovskitas en sustratos metálicos o dieléctricos recolectan entre un 30 y un 50 por ciento más de la energía de la luz que cae sobre ellos. La excitación de los electrones también dura mucho más, lo que ofrece más tiempo en el que pueden aprovecharse. “Nadie más ha llegado a esta observación en perovskitas”, dijo Guo en un comunicado. "De repente, podemos poner una plataforma de metal debajo de una perovskita, cambiando por completo la interacción de los electrones dentro de la perovskita".
Además, al alternar capas metálicas y dieléctricas, informa en Nature Photonics, la sensibilidad de los fotodetectores se puede aumentar en un asombroso 250 por ciento.
Los tres equipos aún necesitan demostrar que sus ideas funcionan a escala y fuera de las condiciones de laboratorio especializadas. Guo también puede encontrar que la alternancia de sustratos agrega demasiado al costo de producción de células para que el enfoque sea útil fuera de los entornos especializados donde la eficiencia es más importante que el precio.
Sin embargo, si incluso uno de los enfoques da el salto del banco de laboratorio a la producción en masa, podría acabar con el uso de combustibles fósiles durante el día, ahorrando dinero a los consumidores al mismo tiempo.
Los artículos se publican en Nature Materials (acceso abierto), Science y Nature Photonics (acceso abierto).