Características casi ideales de las celdas solares reveladas en las perovskitas de haluros organometálicos

En el corto lapso de tres años, la eficiencia total de conversión de energía (ECE) de las celdas solares de perovskita de haluro de organo-metal se disparó de 3.8% a 19.3%. Este fuerte aumento no tiene precedentes y no tiene comparación con ninguna otra tecnología de celdas solares desde la concepción de la recolección de luz solar. Como resultado, un frenesí de emoción ha afectado a la comunidad de celdas solares, donde la mayoría, si no todas, las investigaciones se han trasladado al estudio de este material. Una revisión en nanotecnología resume algunos de los últimos desarrollos en el campo, así como resaltar las brechas en la comprensión actual de los procesos en estos materiales y los problemas que se resolverán en futuras investigaciones.

A diferencia de las celdas solares de silicio, que requieren un entorno altamente industrializado para la fabricación, este material se puede preparar en el laboratorio (química de la cocina) donde se puede lograr una estructura de escala mesoscópica tridimensional. La muestra más comúnmente estudiada es el yoduro de plomo de metil amonio (CH3NH3PbI3) que tiene un ECE de aproximadamente 20%.

El grupo de terahercios (THz) en la Universidad de Lund en Suecia investigó el comportamiento muy temprano en el tiempo de los electrones y huecos generados por pulsos cortos de láser en CH3NH3PbI3. Algunas de las características de celdas solares casi ideales reportadas por el material incluyen la generación de carga ultrarrápida en no más de 100 fs. Estos se separan en cargas altamente móviles en 2-3 pps. Además, las movilidades de electrones y huecos se estimaron en 12.5 cm2 / Vs y 7.5 cm2 / Vs, respectivamente, al menos dos órdenes de magnitud mayor que en las celdas solares orgánicas.

En colaboración con el grupo de espectroscopía de microondas de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, se descubrió que las cargas permanecen móviles hasta la escala de tiempo de microsegundos, superando a las celdas solares orgánicas en al menos tres órdenes de magnitud. Además, no solo se encuentra que la energía de unión del excitón es pequeña (35 meV), lo que permite una rápida disociación de los pares de electrones y huecos, pero se requieren 75 meV para que estas cargas se recombinen. Esto permite que las cargas se difundan por lo menos 5 μm, una vez más superando a las celdas solares orgánicas en al menos tres órdenes de magnitud.

Se están explorando varias vías para impulsar aún más al ECE en general. Esto incluye la búsqueda de materiales de transporte con orificios de mayor conductividad, la optimización de procesos de crecimiento para una morfología más uniforme y el uso en tándem y celdas solares de silicio.

Fuente:  S. Ponseca, C. (2016). Nearly ideal solar-cell characteristics revealed in organo-metal halide perovskites. Nanotechweb.org. Retrieved 29 November 2017, from http://nanotechweb.org/cws/article/lab/63254