A pesar de su enorme potencial, la forma en que las células solares de perovskita responden a los estímulos externos, como el calor o la humedad, tiene un impacto considerable en su estabilidad. Los investigadores de la EPFL identificaron la causa de la degradación y desarrollaron una técnica para mejorar la estabilidad, acercándonos a la adopción generalizada de estas células solares rentables y eficientes.

Las celdas solares de perovskita (PSC) pueden fabricarse con materiales de bajo costo, son altamente eficientes, pueden superar las celdas solares de silicio tradicionales y tienen el potencial de revolucionar la energía renovable. Sin embargo, uno de los inconvenientes actuales que impide su uso generalizado es su falta de estabilidad operativa.

Ahora, los científicos de la EPFL y la Universidad Sungkyunkwan de Corea han encontrado una manera de mejorar la estabilidad de las PSC. Los investigadores se centraron en la degradación de las películas delgadas de perovskita, que pueden dañarse por la exposición a la humedad, el calor y la luz. El estudio fue realizado por los grupos de los profesores Michael Grätzel (EPFL) y Nam-Gyu Park (Universidad Sungkyunkwan), y publicado en Science.

Los científicos observaron dos facetas específicas del cristal, un término que se refiere a la superficie plana del cristal, caracterizada por una disposición particular de los átomos. La disposición de los átomos en estas facetas puede afectar las propiedades y el comportamiento del cristal, como su estabilidad y su respuesta a estímulos externos como la humedad o el calor.

Los investigadores observaron las facetas (100) y (111) de los cristales de perovskita. La faceta (100) es un plano que es perpendicular al eje c de un cristal con sus átomos dispuestos en un patrón repetitivo en forma de cuadrícula cuadrada. En la faceta (111), los átomos están dispuestos en una cuadrícula triangular.

El estudio encontró que la faceta (100), que se encuentra más comúnmente en las películas delgadas de perovskita, es particularmente propensa a la degradación, ya que puede pasar rápidamente a una fase inactiva e inestable cuando se expone a la humedad. Por el contrario, se encontró que la faceta (111) era mucho más estable y resistente a la degradación.

Los investigadores también identificaron la causa de la degradación y descubrieron que se debía a un fuerte vínculo entre la perovskita y las moléculas de agua, lo que provocó la transición de la fase estable a la inestable. Usaron esta información para desarrollar una estrategia llamada « ingeniería de facetas », en la que usaron moléculas de ligando especiales para hacer crecer la faceta más estable (111). Esto resultó en películas de perovskita que eran excepcionalmente estables y resistentes tanto a la humedad como al calor.

El estudio representa un importante paso adelante en el desarrollo de PSC, ya que la estabilidad es un obstáculo importante para su comercialización. Los hallazgos brindan una mejor comprensión de cómo las diferentes facetas del cristal contribuyen a la estabilidad de las películas; al identificar las facetas más estables y encontrar formas de alentar su crecimiento, puede ser posible mejorar la estabilidad general de los PSC y acelerar su entrada en el mercado como una fuente confiable y rentable de energía renovable.