El óxido de níquel hace que las células solares de perovskita sean más duraderas en las pruebas

El trabajo, codirigido por Yun Seop Shin y Minjin Kim, se llevó a cabo con la participación del Instituto Coreano de Investigación Energética y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan. El estudio publicado en Advanced Science se centra en la preparación del agujero conductor Spiro-OMeTAD. El óxido de níquel sirve como ayuda para una reacción química y para la limpieza. No forma una capa protectora adicional sobre la célula solar terminada.

¿Por qué primero se agrega y luego se elimina el óxido de níquel?

En una célula solar se crean portadores de carga móviles cuando se absorbe luz. Capas especiales deben transportar estas cargas a los contactos con la menor pérdida posible. Spiro-OMeTAD transporta cargas positivas, llamadas huecos, en muchas células de perovskita. Sus propiedades eléctricas se ajustan mediante aditivos. Sin embargo, estos también pueden afectar la estabilidad a largo plazo.

Los investigadores desarrollaron un tratamiento sin el aditivo común tBP. Las partículas de óxido de níquel del tamaño de un micrómetro favorecen la oxidación del conductor hueco y unen los iones de litio de la receta. A continuación se filtran las partículas, incluidos los iones unidos y los subproductos. Lo que queda es la solución preparada para la capa de transporte. El paso crucial no es incorporar cada vez más material a la célula, sino eliminar los residuos no deseados antes del procesamiento.

La eficiencia se mantiene prácticamente al mismo nivel.

La mejor celda con el nuevo tratamiento logró una eficiencia del 25,24 por ciento. El estudio indica un 25,21 por ciento para la celda de comparación optimizada. Esta pequeña brecha no es el progreso esencial. Esto demuestra, sobre todo, que la receta modificada no requirió una pérdida significativa de eficiencia en las condiciones examinadas. La atención se centra en la durabilidad de las células.

La alta eficiencia y la larga usabilidad son requisitos separados. El registro de una célula solar tándem de silicio y perovskita describe inicialmente la conversión de la luz en energía eléctrica. La cantidad de electricidad generada a lo largo de muchos años también depende de la rapidez con la que disminuye esta producción. Por lo tanto, una celda algo menos eficiente pero más duradera también puede ser técnicamente interesante. El nuevo enfoque aborda precisamente esta segunda parte de la tarea.

Miles de horas a alta temperatura y humedad.

Los investigadores examinaron células encapsuladas a 85 grados Celsius y 85 por ciento de humedad relativa. Después de 1000 horas, se mantuvo más del 95 por ciento de la eficiencia inicial. La encapsulación es expresamente parte de la configuración experimental. Por lo tanto, el resultado no debe entenderse como si las capas desprotegidas hubieran sobrevivido a la misma carga. Lo que es crucial es la interacción entre la estabilidad material interna y la protección externa.

Estas pruebas aceleradas permiten realizar comparaciones en un período de tiempo manejable. Sin embargo, no son una conversión directa a un número específico de años de funcionamiento sobre un tejado. En el exterior también interactúan los cambios de temperatura, la luz solar, el estrés mecánico y las condiciones ambientales locales. Diferentes procesos de degradación pueden tener diferentes grados de intensidad. Por lo tanto, una buena prueba térmica es un componente importante de la evaluación, pero no una prueba completa de la vida útil.

De celdas pequeñas a fabricación confiable

Otros avances, como las nuevas combinaciones de materiales en células solares de puntos cuánticos, también muestran la diversidad de la investigación en energía fotovoltaica. Un proceso de laboratorio exitoso debe trasladarse a áreas más grandes y a una producción constante. Para la nueva limpieza, por ejemplo, sería importante la fiabilidad del funcionamiento del filtrado a mayor escala. Asimismo, la solución, la formación de capas y otros componentes celulares deben encajar de forma permanente.

El estudio proporciona un enfoque químico concreto para esto. Separa el efecto beneficioso de una adición temporal de las desventajas de los componentes restantes. Otra cuestión de desarrollo sigue siendo hasta qué punto este enfoque puede implementarse económica e industrialmente. En primer lugar, en la prueba climática descrita se demuestra la alta eficiencia de las pequeñas celdas de prueba y una combinación de materiales claramente resistente.

Ciencia avanzada, estrategia de captura-extracción de Li+ catalizada por NiOx activo redox para Spiro-OMeTAD sin tBP permite una estabilidad excepcional frente al calor húmedo en células solares de perovskita; doi:10.1002/advs.202521825

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