La UJI logra materiales más estables para producir energía solar de alta eficiencia y bajo coste

Un estudio del Grupo de Semiconductores Avanzados (GAS) liderado por la investigadora Sofia Masi y el profesor de Física Ivan Mora Seró, en colaboración con el Grupo de Química Cuántica del profesor Juan Ignacio Climente de la Universitat Jaume I (UJI), ha conseguido perovskitas más estables que mejorarán el desarrollo de la nueva generación de células para producir energía solar de alta eficiencia y bajo coste. Este trabajo se ha llevado a cabo en el marco de la European Consolidator Grant No Limit, otorgada por el European Research Council (ERC) y sus conclusiones se han publicado en ACS Energy Letters.

La limitación principal de las células solares de perovskita es la baja estabilidad en condiciones ambientales, y el grupo de investigación GAS de la UJI, integrado en el Instituto Universitario de Materiales Avanzados (INAM), ha obtenido en esta investigación células solares de perovskita más estables: «Los dispositivos que hemos fabricado en nuestros laboratorios mantienen su eficiencia inicial después de 720 horas de prueba en condiciones ambientales y, de este modo, se aproximan a los estándares de estabilidad industrial», asegura el coordinador del grupo y líder de No Limit, Ivan Mora Seró.

La perovskita tiene que ser capaz de absorber tanta energía solar como sea posible para ser más eficiente, es decir, tener un grupo de banda bajo. La investigadora del INAM Sofia Masi explica que entre las diferentes perovskitas, la más prometedora, «es la fase negra del formamidinio-plomo-yoduro, pero también es la menos estable en el aire porque rápidamente se transforma en una fase amarilla no perovskita. Por eso, en este punto es donde intervinimos utilizando puntos cuánticos de sulfuro de plomo como material incrustado en la matriz absorbente de perovskita».

El enfoque original que utilizan los investigadores del INAM en la UJI explota técnicas avanzadas de fabricación y caracterización de dispositivos y cálculos teóricos, coordinados por el grupo de Juan Ignacio Climente, para estudiar los mecanismos que hay detrás de la mejora de la estabilidad de los materiales activos utilizados en la nueva generación de dispositivos solares. El profesor del Departamento de Física de la Escuela Superior de Tecnología y Ciencias Experimentales (ESTCE) de la UJI asevera que la estabilidad más grande del material «se debe al doble papel beneficioso del sulfuro de plomo. Por un lado, favorece el crecimiento de la fase cristalina fotoactiva de la perovskita y, por otro, los enlaces químicos entre los puntos cuánticos lo estabilizan. Estos fenómenos no son observados en células libres de sulfuro de plomo».

Este trabajo también demuestra el papel beneficioso de sulfuro de plomo en el proceso de escalado de células solares de perovskita de cara a su comercialización: mediante la fabricación de células con este material, la temperatura baja hasta 85 °C, una cifra significativamente inferior a aquella que se utiliza para los dispositivos estándares, fijada en los 150 °C y, por tanto, con más atractivo para aplicaciones industriales.

Comercialización de tecnologías de energía limpia

La investigación del grupo GAS del INAM abre el camino hacia células solares de perovskita de alta eficacia con estabilidad que se acercan a los estándares de la industria. En tecnologías de energía limpia, la alta eficiencia, el bajo coste y la vida larga de los dispositivos son factores cruciales para conseguir una comercialización y una implementación generalizada.

El uso de perovskita en las células solares, prometedor por su alta fotoactividad y eficiencia de conversión de luz solar en energía, tiene una fuerte limitación: la eficiencia se degrada bruscamente en el aire y, actualmente, este es el obstáculo principal para la comercialización de tecnologías basadas en la luz solar. Aun así, como apunta la investigadora del INAM, miembro del Grupo en Semiconductores Avanzados de la UJI Sofia Masi: «Nuestro estudio demuestra que este límite se puede superar con una cuidadosa integración de puntos cuánticos en las células solares, optimizando las cantidades y los tipos de materiales a combinar para producir células solares de perovskitas eficientes y estables».

Iván Mora Seró es profesor del Departamento de Física de la Universitat Jaume I e investigador principal del Grupo de Semiconductores Avanzados (GAS) del Instituto Universitario de Materiales Avanzados. Su investigación se ha centrado en el crecimiento de cristales, los dispositivos nanoestructurados, las propiedades de transporte y recombinación, la fotocatálisis, la caracterización eléctrica de sistemas fotovoltaicos, electrocrómicos y de división de agua, haciendo tanto trabajos experimentales como teóricos. Su actividad de investigación reciente se centra en nuevos conceptos para la conversión fotovoltaica y la emisión de luz (LED y amplificadores de luz) basados en dispositivos nanométricos y materiales semiconductores siguiendo dos líneas principales: puntos cuánticos semiconductores y perovskitas de haluro. Esta última línea es, probablemente, la más puntera en el desarrollo de nuevos dispositivos optoelectrónicos. En la convocatoria de 2016, Mora Seró consiguió una Consolidator Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC) de dos millones de euros para desarrollar su proyecto No Limit durante cinco años.

Fuente: Universitat Jaume I – UJI