13.05.2020 - Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

En el camino hacia las células solares perovskitas no tóxicas y estables

Estaño en lugar de plomo

Los prometedores materiales de perovskita de haluro para la conversión de la energía solar muestran altas eficiencias, pero esto tiene un costo: Los mejores materiales de perovskita incorporan plomo tóxico que representa un peligro para el medio ambiente. Sustituir el plomo por elementos menos tóxicos no es fácil, ya que las perovskitas sin plomo muestran una estabilidad menor y una eficiencia pobre. Ahora, una colaboración internacional ha diseñado un nuevo material híbrido de perovskita con una eficiencia y estabilidad prometedoras.

Entre los nuevos materiales para las células solares, las perovskitas de haluro se consideran particularmente prometedoras. En pocos años, la eficiencia de tales células solares de perovskita aumentó de unos pocos porcentajes a más del 25 %. Desafortunadamente, las mejores células solares de perovskita contienen plomo tóxico, lo que supone un peligro para el medio ambiente. Sin embargo, es sorprendentemente difícil reemplazar el plomo por elementos menos tóxicos. Una de las mejores alternativas es el estaño. Las perovskitas halógenas con estaño en lugar de plomo deberían mostrar excelentes propiedades ópticas, pero en la práctica, sus eficiencias son mediocres y disminuyen rápidamente. Y este rápido "envejecimiento" es su principal desventaja: los cationes de estaño en la estructura de la perovskita reaccionan muy rápidamente con el oxígeno del ambiente, por lo que su eficiencia disminuye.

Ahora, una cooperación internacional dirigida por Antonio Abate, HZB, y Zhao-Kui Wang, Instituto de Nano Funcional y Materiales Suaves (FUNSOM), Universidad de Soochow, China, ha logrado un gran avance que abre un camino a las células solares no tóxicas basadas en la perovskita que proporciona un rendimiento estable durante un largo período. También utilizan estaño en lugar de plomo, pero han creado una estructura bidimensional insertando grupos orgánicos dentro del material, lo que lleva a las llamadas fases 2D Ruddlesden-Popper. "Usamos cloruro de feniletilamonio (PEACl) como aditivo para las capas de perovskita. Luego llevamos a cabo un tratamiento térmico mientras las moléculas de PEACl migran a la capa perovskita. Esto da como resultado pilas ordenadas verticalmente de cristales bidimensionales de perovskita" explica el primer autor, el Dr. Meng Li. Li es un postdoctorado en el grupo de Abate y ha organizado la estrecha cooperación con los socios chinos. En la Instalación de Radiación Sincrotrón de Shangai (SSRF), pudieron analizar con precisión la morfología y las características de los cristales de las películas de perovskita después de diferentes tratamientos de recocido.

Las mejores de estas células solares de perovskita sin plomo alcanzaron una eficiencia del 9,1% y altos valores de estabilidad, tanto en condiciones diurnas como en la oscuridad. Las moléculas PEACl se acumulan entre las capas cristalinas de la perovskita como resultado del tratamiento térmico y forman una barrera que impide que los cationes de estaño se oxiden. "Este trabajo prepara el camino para unas células solares de perovskita sin plomo más eficientes y estables", está convencido Abate.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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