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Ciencias aplicadas e interdisciplinarias - Energía | 2018-01-15

Perovskitas más estables para las células solares de tercera generación

SINC | Investigadores de la Universidad de Córdoba han conseguido estabilizar durante mil horas las células solares de perovskita, un material fotovoltaico, mediante la incorporación de un catión: el guanidinio. El avance supone cuatro años de vida útil para este tipo de células, más baratas e igual de eficientes que las anteriores basadas en silicio.

La preocupación por el agotamiento de las energías tradicionales ha disparado la carrera por la búsqueda de energías alternativas. En el caso de las células solares, que convierten la luz del sol en energía eléctrica, se producen avances a contrarreloj .La evolución de este sector pasa, actualmente, por el campo de las perovskitas (materiales con una estructura cristalina similar a la de la perovskita o titanato de calcio, CaTiO3).

En concreto, el uso de perovskitas híbridas orgánico-inorgánico de yoduro de plomo metilamonio (MAPbI3) como material para construir células solares permite procesos de fabricación más simples y baratos a la par que ofrece una eficiencia similar a la de las células de silicio, que son las más utilizadas hasta ahora.

El último hito de esta carrera energética viene de la mano de una investigación conjunta entre la Universidad de Córdoba (UCO) y la universidad suiza Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, que ha conseguido estabilizar células solares de este tipo durante 1000 horas en un test de estrés (equivalente a 1333 días en condiciones normales). Esto supone casi cuatro años de vida útil para unas células más baratas e igual de eficientes que las anteriores basadas en silicio, según el estudio que publican en la revista Nature Energy.

La estabilidad, que era el problema principal que presentaba la perovskita, se ha mejorado mediante la introducción de un catión (ión con carga positiva) de gran tamaño, el guanidinio. La inclusión de este catión, obtenido a partir de la oxidación de la guanina (compuesto orgánico nitrogenado que se encuentra en la orina), es la innovación presentada por los investigadores Alexander D. Jodlowski, Gustavo de Miguel Rojas y Luis Camacho de la UCO.

La inestabilidad derivada de los problemas de descomposición que, a lo largo del tiempo, presenta la perovskita por ser sensible al oxígeno y a la humedad desaparecen considerablemente con la inserción de guanidinio y se abren las puertas a su consolidación como material para células solares.

Un catión encerrado en la cavidad de la perovskita

Para llegar a este resultado, el equipo investigador ha tenido que jugar con las proporciones. Teniendo en cuenta que la estructura de la perovskita crea una cavidad cúbica en el que se inserta el catión que, según explica Jodlowski “no puede superar un límite teórico del llamado índice de tolerancia de Goldschmithde entre 0,8 y 1 para que sea posible formar una estructura cristalina óptima para una célula fotovoltaica”.

Considerando que el guanidinio supera el límite de tolerancia de Goldschmith (1,03), se tuvo que usar una mezcla de metilamonio con guanidinio para mantener la estructura cristalina óptima, demostrando de esta madera que se pueden fabricar nuevos materiales con cationes que superen dicho factor de tolerancia mejorando sueficiencia y aumentando su estabilidad.

El sector de la energía es vital tanto desde el punto de vista económico como el ambiental. El ahorro de energía que implica la producción de perovskita frente a la de silicio (y por tanto de costes) junto con propiedades propias del material como la flexibilidad que permitiría poder realizar placas adaptables y no totalmente rígidas o la opción de ser totalmente reciclables; hace que este material se coloque en buena posición para relevar a las actuales células de silicio. Sobre todo, una vez solventado el problema de la estabilidad.

Referencia bibliográfica: Alexander D. Jodlowski, Cristina Roldán-Carmona, Giulia Grancini, Manuel Salado, Maryline Ralaiarisoa, Shahzada Ahmad, Norbert Koch, Luis Camacho, Gustavo de Miguel, Mohammad Khaja Nazeeruddin. "Large guanidinium cation mixed with methylammonium in lead iodide perovskites for 19% efficient solar cells". Nature Energy 08 December 2017. DOI: s41560-017-0054-3

Escrito originalomente para el SINC

 


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