Con los avances aportados por las investigaciones de la UFABC, las células solares de perovskita pueden convertirse pronto en una de las principales alternativas para la generación de energía solar, especialmente por su alta eficiencia y bajos costes de producción.
Investigadores de la Universidad Federal del ABC (UFABC) han realizado un estudio innovador que podría revolucionar la producción de células solares de perovskita, aumentando su durabilidad y haciendo viable su producción a gran escala.
Esta prometedora tecnología fotovoltaica, que ya es muy eficiente y más barata que las células solares de silicio, se enfrenta a un reto importante: su rápida degradación cuando se expone a la humedad y a las variaciones de temperatura.
El estudio dirigido por el profesor André Sarto Polo ofrece una solución innovadora que puede ayudar a superar esta limitación, aportando beneficios tanto a la industria como al avance de las energías renovables.
El desafío de la degradación en las células solares de perovskita
Las células solares de perovskita han ganado importancia en el campo de las energías renovables debido a sus ventajas sobre las células de silicio tradicionales.
Son tan eficientes como los de silicio, pero con un coste de producción significativamente menor.
Además, las células de perovskita tienen características atractivas, como la ligereza, la flexibilidad e incluso la capacidad de ser semitransparente.
Estas propiedades abren innumerables posibilidades de aplicación, como por ejemplo ventanas solares, ropa generadora de energía e incluso tiendas de campaña que pueden proporcionar electricidad a partir de la luz solar.
Sin embargo, uno de los mayores obstáculos para la comercialización de estas células es su baja durabilidad.
Expuestos a la humedad y a las variaciones de temperatura, los materiales de perovskita tienden a degradarse rápidamente, comprometiendo la eficiencia de las células solares.
Esta degradación limita el rendimiento de las células a lo largo del tiempo, comprometiendo su uso en la vida cotidiana.
Uso de cationes formamidinio para aumentar la durabilidad
La principal innovación aportada por la investigación de la UFABC es el uso de cationes formamidinio (FA+) para mejorar la estabilidad de las células solares de perovskita.
El estudio demostró que la adición de estos cationes a la composición de las perovskitas basadas en metilamonio (MA+) puede aumentar significativamente la durabilidad de los dispositivos.
Las células solares se produjeron en condiciones ambientales, sin necesidad de controles estrictos de temperatura y humedad, lo que hace que el proceso sea más accesible y compatible con las demandas de la producción industrial.
Según el profesor André Sarto Polo, coordinador del estudio, “las células solares de este trabajo se obtuvieron en condiciones ambientales, sin grandes controles de humedad, lo que puede ser más compatible con las condiciones de preparación industrial”.
La investigación se llevó a cabo en un ambiente con humedad relativa del aire entre 40% y 60%, condiciones que simulan de forma más realista las situaciones que se encuentran durante la producción a gran escala.
Las pruebas de estabilidad revelan resultados prometedores
Los investigadores de la UFABC sometieron las células solares a pruebas de estabilidad, exponiéndolas a condiciones de temperatura y humedad ambiente durante 90 días.
El objetivo era investigar cómo la adición de formamidinio afectaría la eficiencia y la durabilidad de las células solares a lo largo del tiempo.
Los resultados fueron bastante prometedores: las células sin la adición de FA+ sufrieron una caída significativa en la eficiencia poco después del ensamblaje y dejaron de funcionar después de 30 días.
Por otro lado, las células que contenían más de 25% de FA+ mantuvieron el 80% de su eficiencia al final de los 90 días.
“Este trabajo demuestra cómo la incorporación de cationes FA+ en perovskitas basadas en MA+ provoca un aumento en la durabilidad de las células solares de perovskita fabricadas y medidas en condiciones ambientales”, afirma Polo.
Según el investigador, el aumento del tamaño de los granos que forman la estructura cristalina de la perovskita produce una disminución en la extensión de las aristas.
Dado que los bordes son puntos críticos donde la humedad tiende a acumularse, esta modificación ayuda a reducir la degradación del material y extiende la vida útil de las células solares.
Implicaciones para la industria
Este avance no sólo ofrece una solución para mejorar la durabilidad de las células solares de perovskita, sino que también abre nuevas posibilidades para su producción a gran escala.
La capacidad de fabricar estas células solares en condiciones más simples y a costos reducidos podría hacer que la energía solar sea más accesible, acelerando su adopción en una variedad de aplicaciones.
Además, la posibilidad de utilizar cationes formamidinio en el proceso de fabricación puede hacer que la producción de estas células sea más sostenible, con menor impacto ambiental.
La investigación se realizó durante el doctorado de Lucas Polimante y contó con el apoyo de la FAPESP, Shell, CNPq, Capes y la Agencia Nacional de Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP).
El estudio fue publicado en el artículo Mejora de la estabilidad de células solares de perovskita basadas en metilamonio preparadas en condiciones ambientales mediante la adición de cationes de formamidinio, disponible en la revista Materiales de energía solar y células solares.