Nuevo protocolo para investigar los dispositivos fotovoltaicos de perovskita

Las células solares de perovskita (PSC, por sus siglas en inglés) son un nuevo tipo de dispositivos fotovoltaicos que se espera que compitan con los hoy habituales de silicio. La eficiencia de las células solares basadas en perovskita ya es superior, pero su vida útil debe ser ampliada. Esta es la asignatura pendiente para que las PSC alcancen la comercialización.

Sin embargo, los tests de calificación existentes para evaluar el rendimiento de las células solares no son apropiados para las PSC, ya que éstas tienen tanto propiedades materiales como arquitecturas de dispositivos diferentes. Por tanto, las publicaciones que estudian la estabilidad de las PSC carecen de consistencia en los procedimientos experimentales utilizados y en los parámetros informados, lo que dificulta la comparación de datos y una comprensión adecuada de los mecanismos de degradación de las células.

Una célula solar de perovskita, llamada a sustituir a las de silicio, se considerará estable si conserva un 90 % de su eficiencia tras mil horas de irradiación continua

Un gran grupo de científicos decidió poner fin a esta situación: 59 investigadores de 51 afiliaciones se han puesto de acuerdo en la manera en que la estabilidad de las células de perovskita debe ser evaluada y comunicada.

La discusión fue dirigida por los profesores Mónica Lira-Cantú del Grupo de Materiales Nanoestructurados para Energía Fotovoltaica del ICN2 y Eugene A. Katzsor de la Universidad Ben-Gurión del Néguev (Israel). Entre los autores se encuentran destacados investigadores como Nam-Gyu Park y Henry J. Snaith, candidatos al Premio Nobel en 2017 por su descubrimiento de las células de perovskita. El resultado de la discusión es una declaración de consenso publicada en Nature Energy y destacada en la editorial de la revista.

Inspirados por sus colegas que trabajan en células fotovoltaicas orgánicas, que en 2011 elaboraron recomendaciones para evaluar la estabilidad de sus dispositivos, la comunidad científica dedicada a las PSC inició su propio debate. Reunidos en la 11ª Cumbre Internacional sobre la Estabilidad de la Fotovoltaica Orgánica e Híbrida celebrada en China en octubre de 2018, una mesa redonda sobre la evaluación de la estabilidad de las PSC fue el origen del presente trabajo.

Procedimientos a seguir

Los expertos han complementado los protocolos existentes con un conjunto de procedimientos que tienen en cuenta las características específicas de estas células solares de perovskita, incluyendo el ciclo luz-oscuridad, el estudio del comportamiento de la célula bajo polarización eléctrica en la oscuridad o pruebas de estabilidad intrínseca, entre otros.

Esta células se deben analizar bajo la irradiación continua de un sol como el de un mediodía de verano en Barcelona (1.000 W/m²)

Los investigadores también han propuesto una lista para comprobar que se están indicando los parámetros adecuados con el fin de mejorar la reproducibilidad de los resultados. Siguiendo estas directrices, las PSC deben ser analizadas bajo la irradiación continua de un sol (una medida equivalente a 1.000 W/m², un mediodía de verano en Barcelona) y las células deben retener al menos el 90 % de su eficiencia inicial después de 1.000 horas de exposición para ser consideradas estables.

Estos nuevos protocolos son el resultado final de la acción COST Stable NextSol, dirigida por la profesora Lira-Cantú, que contó con más de 480 participantes de 35 países y 22 empresas industriales, con el objetivo de estudiar la estabilidad de las células solares orgánicas y de perovskita.

Sin embargo, aún queda trabajo por hacer. Un informe técnico es el siguiente paso para allanar el camino hacia la estandarización, que sería la última estación en este viaje del laboratorio a la industria. En el contexto de una sociedad que exige soluciones verdes para la producción de energía, los esfuerzos dedicados a la estandarización del estudio de las perovskitas están facilitando el avance hacia una nueva generación de células solares mejoradas.

Referencia bibliográfica:

Mark V. Khenkin, Eugene A. Katz, et. al., Mónica Lira-Cantú. "Consensus Statement for Stability Assessment and Reporting for Perovskite Photovoltaics based on ISOS Procedures". Nature Energy, 2020.