Dic09282022

Darrera actualitzacióDim, 27 Set 2022 11am

Back Estàs aquí:Inicio Nous materials Projectes Com millorar els materials de les cèl·lules solars basades en perovskites

Com millorar els materials de les cèl·lules solars basades en perovskites

Investigadores de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB) del CSIC han participat en un estudi que compara cèl·lules solars basades en perovskites i que contenen diferents materials, per així entendre les diferències observades en el seu rendiment.

 

Els diferents materials que s’utilizen com a HTM també fan canviar el color de les cèl·lules solars de perovskita. Crèdit: ICIQUna col·laboració liderada per l'Institut Català d’Investigació Química (ICIQ), amb la participació de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), i d’IMDEA Nanociencia, aporta noves dades sobre l’impacte que tenen en el rendiment de les cèl·lules solars de perovskita l’ús de diferents materials.

Els resultats del treball, liderat pel grup d’Emilio Palomares, de l’ICIQ, han estat publicats a la revista internacional Energy & Environmental Science i ajudaran a un disseny racional dels components de les cèl•lules, augmentant-ne així el seu atractiu comercial.

Entre les tecnologies de les cèl·lules solars actuals, la del tipus perovskites és la que avança més ràpidament. Des que es van començar a utilizar l’any 2009, han aconseguit altes eficiències (més del 22% utilitzant radiació solar estàndard) a baix cost. Però encara hi ha marge per millorar els components que la formen. Un dels components que més es pot millorar són els  Materials de Transport de Forats (HTM, per les seves sigles en anglès), per aconseguir una òptima extracció de la càrrega elèctrica fotogenerada en la perovskita.

El treball dels investigadors de l'ICIQ, les investigadores Carmen Ocal i Esther Barrena, del grup Physical Chemistry of Surfaces and Interfaces de l'ICMAB, i els d’IMDEA Nanociencia, aporta detalls que expliquen les diferències observades en el rendiment de les cèl·lules solars de perovskita quan contenen HTM de molecules diferents però que presenten propietats químiques i físiques semblants.

Quan els materials entren en contacte, les propietats canvien

Les cèl•lules solars de perovskita consten de diverses capes fines de diferents materials. Entre ells, estan les de capes de Material de Transport de Forats" (HTM, per les seves sigles en anglès).

L’HTM més comú, l’espiro-OMeTAD, és propens a la degradació. Per això, la recerca actual se centra en trobar-ne alternatives. "Durant molts anys, els científics han estat dissenyant noves molècules que podrien substituir l’espiro-OMeTAD: molècules amb característiques similars a les de l’espiro-OMeTAD, confiant que funcionaran igual de bé i es degradaran menys. Però, sorprenentment, quan proven els nous HTM a les cèl·lules, el resultat és molt pitjor. Per aquest motiu, vam decidir investigar les causes", explica Núria F. Montcada, investigadora postdoctoral de l’ICIQ i una de les primeres autores del treball.

Els investigadors van constatar que les noves molècules que tenien el potencial de substituir l’espiro-OMeTAD com a HTM es van seleccionar sobre la base de les seves propietats quan estaven en solució. No obstant això, a les cèl·lules solars funcionals, aquestes molècules es preparen en forma de fines pel·lícules, les superfícies de les quals estan en contacte amb altres materials, formant interfases. Aquestes interfases creades poden conferir canvis a les propietats de la capa HTM.

En el marc de la col·laboració, les científiques de l'ICMAB van mesurar la funció de treball en superfície de cada capa del material HTM i es va trobar que "els nivells d'energia de l’espiro-OMeTAD s'alineen perfectament amb els nivells dels altres components de la cèl·lula, mentre que l’alineament és menys favorable per a les capes de les alters molècules provades. Les superfícies i les interfases creades a la cèl·lula solar tenen un paper crucial en les prestacions dels dispositius funcionals", expliquen Carmen Ocal i Esther Barrena, investigadores de l'ICMAB. “Les molècules s’han de caracteritzar en les mateixes condicions en les que s’utilitzaran” conclouen.

Aquest estudi ha estat finançat pel Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats, el Consell Europeu de Recerca, la Fundació Alexander von Humboldt, la Generalitat de Catalunya i el Programa Severo Ochoa de Centres d’Excel·lència.

Article de referència:

Ilario Gelmetti, Núria F. Montcada, Ana Pérez-Rodríguez, Esther Barrena, Carmen Ocal, Inés García-Benito, Agustín Molina-Ontoria, Nazario Martín, Anton Vidal-Ferran and  Emilio Palomares. Energy alignment and recombination in perovskite solar cells: weighted influence on the open circuit voltage. Energy & Environmental Science. 2019,12, 1309-1316. DOI: 10.1039/C9EE00528E