Se ha demostrado un nuevo camino para crear energía fotovoltaica de perovskita duradera y eficiente a escala industrial a través del primer uso efectivo de acetato de plomo como precursor en la fabricación de células solares de perovskita de formamidinio-cesio.

Los miembros de Exciton Science, con sede en la Universidad de Monash, pudieron crear células solares de perovskita con una eficiencia del 21 %, los mejores resultados jamás registrados para un dispositivo fabricado a partir de una fuente de plomo sin haluro.

Un mini panel solar prototipo con estas células logró una eficiencia del 18,8 %. La capa de perovskita de área grande se fabricó en la atmósfera ambiente y se hizo a través de un recubrimiento de hoja de un solo paso, lo que demuestra su viabilidad potencial para la fabricación a escala industrial.

Los dispositivos de prueba también mostraron una gran estabilidad térmica y continuaron funcionando sin pérdida de eficiencia después de 3300 horas funcionando a 65 °C.

El primer autor, Jie Zhao, estudiante de doctorado en la Universidad de Monash, dijo : « Hemos podido usar acetato de plomo en un proceso de recubrimiento por rotación de un solo paso para obtener la película delgada de perovskita de formamidinio-cesio perfecta y de alta calidad.

« Y debido a que no necesitamos un agente antisolvente, podemos hacerlo a través de técnicas a gran escala, como el recubrimiento de cuchillas, lo que significa que es viable a escala industrial ».

Los resultados han sido publicados en la revista Energy & Environmental Science.

El autor correspondiente y colega de la Universidad de Monash, el Dr. Wenxin Mao, dijo : « La gran mayoría de las investigaciones sobre células solares de perovskita utilizan haluros de plomo, particularmente yoduro de plomo.

« El yoduro de plomo debe tener una pureza del 99,99 % y es muy caro sintetizar células con yoduro de plomo.

« Somos el primer grupo en fabricar células solares de perovskita de formamidinio-cesio altamente estables utilizando acetato de plomo en lugar de yoduro de plomo.

« Hemos proporcionado a toda la comunidad de investigación una segunda forma de fabricar células solares de perovskita de alta calidad ».

Más sobre perovskitas: Promesa versus problemas

Las células solares de película delgada hechas de perovskitas tienen el potencial de interrumpir el sector de la energía solar, gracias a su costo de fabricación relativamente bajo, flexibilidad y banda prohibida sintonizable en relación con el silicio.

Sin embargo, los investigadores luchan por resolver los problemas de confiabilidad y también necesitan encontrar una manera de crear dispositivos a una escala comercial viable.

Las perovskitas se procesan en solución (hechas en líquido) utilizando una variedad de ingredientes diferentes.

La mayoría de los enfoques usan haluros de plomo y requieren la inclusión de solventes polares fuertes con puntos de ebullición altos y agentes de extinción antisolventes para controlar el proceso de cristalización de la perovskita.

Este complicado mecanismo puede provocar defectos en las películas delgadas, lo que hace que el dispositivo resultante pierda eficiencia rápidamente. También es difícil de controlar.

el compuesto quimico acetato de plomo ha surgido como un precursor alternativo prometedor, porque puede crear películas delgadas ultrasuaves con menos defectos.

Hasta ahora, el acetato de plomo solo se había utilizado para fabricar perovskitas a base de metilamonio o cesio, que son relativamente inestables y no adecuadas para aplicaciones en el mundo real.

Se puede encontrar un mejor candidato para uso comercial en las perovskitas hechas con formamidinio y cesio, gracias a su estabilidad superior. Los intentos anteriores de sintetizarlos utilizando acetato de plomo como precursor fracasaron.

Para investigar y resolver este problema, los investigadores, junto con sus colaboradores de la Universidad Tecnológica de Wuhan en China, examinaron los mecanismos moleculares subyacentes.

A través de la difracción de rayos X y la espectroscopia de resonancia magnética nuclear, identificaron la necesidad de utilizar el amonio como un catión volátil (ion con carga positiva) en una etapa crítica.

El autor colaborador, el Dr. Sebastian Fürer, dijo : « La presencia de amonio sirvió para eliminar el acetato residual durante el recocido, sin formar productos secundarios no deseados ».

Los investigadores esperan que su trabajo sobre la química fundamental que rige el comportamiento de los precursores pueda fomentar un mayor enfoque en la síntesis escalable y los métodos de fabricación de dispositivos de perovskita de haluro metálico.