¿Cuáles son los desafíos clave para la comercialización de las células solares de perovskita?

Las células solares de perovskita (PSCs, por sus siglas en inglés) han emergido como una de las tecnologías más prometedoras en el campo de la energía fotovoltaica, con un potencial comercial considerable. Sin embargo, a pesar de su prometedor rendimiento en términos de eficiencia y coste, existen varios retos que deben resolverse antes de que las PSC puedan ser implementadas a gran escala en aplicaciones comerciales. Estos desafíos abarcan desde la fabricación de áreas grandes y la estabilidad a largo plazo hasta la gestión del plomo y la encapsulación, aspectos fundamentales para garantizar la viabilidad de estas tecnologías en el mercado global.

Otro desafío importante es la gestión de los fotones. Las células solares de perovskita, al igual que otras tecnologías fotovoltaicas, deben optimizar su capacidad para captar y convertir la luz solar de manera eficiente. Aunque se han logrado avances significativos en el control de la absorción de luz, aún existen limitaciones en el manejo de la luz en capas gruesas de material, lo que afecta la eficiencia general del dispositivo. Investigadores están trabajando en el desarrollo de nuevas estructuras y materiales que permitan una mejor gestión de los fotones, lo que contribuiría a mejorar tanto la eficiencia como la durabilidad de las PSC.

La estabilidad a largo plazo de las células solares de perovskita sigue siendo uno de los mayores obstáculos para su comercialización. Aunque estos dispositivos han demostrado una eficiencia impresionante en estudios a corto plazo, su rendimiento tiende a deteriorarse rápidamente bajo condiciones ambientales rigurosas, como alta humedad y temperaturas extremas. Se están realizando esfuerzos para mejorar la estabilidad de las células solares de perovskita mediante el uso de materiales y recubrimientos de encapsulación más robustos, que protejan el material activo de la degradación. La investigación en este campo es crucial, ya que la durabilidad de las células solares influye directamente en su costo de vida útil y en su competitividad en el mercado global de energía solar.

Por último, la industrialización de las células solares de perovskita también se enfrenta a una serie de cuestiones regulatorias y económicas. La normativa sobre los materiales peligrosos, como el plomo, y la necesidad de cumplir con estándares internacionales de seguridad y calidad son barreras importantes para la comercialización. Además, los costes asociados con el desarrollo y la implementación de estas tecnologías deben ser competitivos frente a otras tecnologías solares ya consolidadas, como las células solares de silicio.

El camino hacia la comercialización de las células solares de perovskita está marcado por avances significativos, pero también por retos sustanciales que deben ser superados para asegurar que esta tecnología pueda ser integrada de manera eficaz y segura en el mercado global de energía renovable. La colaboración entre investigadores, la industria y las entidades reguladoras será crucial para garantizar que estas soluciones sean económicamente viables, ambientalmente responsables y tecnológicamente robustas.

¿Cómo la modificación de interfaces en celdas solares perovskitas reduce la fuga de plomo y mejora su eficiencia?

Zhang et al. utilizaron moléculas perfluoroalquiladas funcionalizadas con tiol, como el 1H,1H,2H,2H-perfluorodecanotiol (PFDT), para modificar químicamente las películas de perovskita y los electrodos metálicos mediante un proceso de autoensamblaje asistido por vapor. Esta modificación formó una capa monomolecular superhidrofóbica que redujo la densidad de defectos en la superficie de la perovskita, mejorando así la resistencia al agua y al oxígeno del dispositivo. Como resultado, la eficiencia de conversión de energía (PCE) de la celda mejoró de un 20,15% a un 21,79%, mientras que la concentración de plomo en la solución de lixiviado disminuyó considerablemente, lo que demostró la efectividad de la modificación.

Por otro lado, He et al. utilizaron un antídoto contra metales pesados, la D-penicilamina (DPM), para modificar la interfaz entre el transporte de electrones (ETL) y la perovskita, con el fin de reducir la fuga de plomo en dispositivos dañados. Su investigación reveló que la concentración de plomo en dispositivos modificados con DPM era significativamente menor en comparación con los dispositivos de control, lo que demuestra que DPM actúa como una barrera aislante para los iones de plomo, incluso en condiciones climáticas extremas.

Mokhtar et al. introdujeron nanopartículas de hidroxiapatita (HAP) y dióxido de titanio (TiO2) como estructuras de soporte en las celdas solares de perovskita. Al añadir HAP, se aumentó el tamaño de los granos en las películas de perovskita, lo que resultó en una mayor eficiencia de conversión (PCE) de 17,76% a 20,98%, y una disminución considerable en la fuga de plomo, reduciéndose a 0,55 ppm. Esta modificación no solo mejora el rendimiento de las celdas, sino que también contribuye a la reducción de la contaminación ambiental por plomo.

Una de las estrategias más innovadoras en la modificación de interfaces es el uso de capas de aditivos multifuncionales como el tioureano amidino (ADT), que tiene átomos de N y S capaces de pasarivar defectos en la interfaz y reducir la fuga de plomo mediante interacciones de coordinación y enlaces de hidrógeno. La eficiencia de las celdas modificadas con ADT aumentó a un 20,48%, mientras que la concentración de plomo en la solución de lixiviado se redujo significativamente a 2,242 mg/L, en comparación con los 6,051 mg/L de los dispositivos no modificados.

Hou et al. propusieron una resina de tioureano de cadena principal (TSU) modificada con tioureano y formaldehído para modificar la interfaz de perovskita. Esta modificación mostró una mayor capacidad de adsorción de iones metálicos, reduciendo la concentración de plomo en la solución de lixiviado de la película de perovskita modificada de 6,032 mg/L a 1,198 mg/L, lo que destacó la efectividad de esta técnica para evitar la fuga de plomo.

En cuanto a las modificaciones en la capa de transporte de agujeros (HTL), Chen et al. utilizaron una resina de intercambio catiónico basada en ácido sulfonico para bloquear los posibles caminos de fuga de plomo, reduciendo la concentración de iones de plomo en dispositivos dañados de 16,0 ± 0,8 ppm a 4,51 ± 0,68 ppm. Esta modificación no solo mejoró la eficiencia de la celda solar (de 19,3% a 20,6%), sino que también permitió extender las celdas modificadas a módulos de gran área, alcanzando una eficiencia de conversión de 16,3%.