La industria de placas solares se verá afectada por el hallazgo de un equipo interdisciplinar de investigadores coreanos del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST): han desarrollado las células solares cuánticas más eficientes del mundo.
Los pormenores de este importante hallazgo aparecen en Nature Energy. Dirigido por el profesor Sung-Yeon Jang, este equipo desvela una nueva técnica de intercambio de ligandos que demuestra un rendimiento excepcional y conserva su eficiencia incluso después de un almacenamiento prolongado.
Este enfoque innovador permite la síntesis de puntos cuánticos de perovskita (PQD), basados en cationes orgánicos, lo que garantiza una estabilidad excepcional y al mismo tiempo suprime los defectos internos en la capa fotoactiva de las células solares.
Para el profesor Jang, “nuestra tecnología ha logrado una impresionante eficiencia del 18,1 % en células solares QD, que representa la mayor eficiencia entre las células solares de puntos cuánticos reconocidas por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de Estados Unidos».
El creciente interés en campos relacionados es evidente ya que, el año pasado, tres científicos que descubrieron y desarrollaron QD, como productos nanotecnológicos avanzados, recibieron el Premio Nobel de Química.
Los QD son nanocristales semiconductores con dimensiones típicas que van desde varios hasta decenas de nanómetros, capaces de controlar las propiedades fotoeléctricas en función del tamaño de sus partículas.
Células solares cuánticas
Los PQD, en particular, han atraído una gran atención por parte de los investigadores debido a sus excepcionales propiedades fotoeléctricas. Además, su proceso de fabricación implica una simple pulverización o aplicación de un disolvente, eliminando la necesidad del proceso de crecimiento sobre sustratos. Este enfoque simplificado permite una producción de alta calidad en diversos entornos de fabricación.
Sin embargo, el uso práctico de QD como células solares requiere una tecnología que reduzca la distancia entre ellas mediante el intercambio de ligandos, un proceso que une una molécula grande, como un receptor de ligando, a la superficie de un QD.
Los investigadores subrayan que los PQD orgánicos se enfrentan a notables desafíos, como los defectos en sus cristales y superficies durante el proceso de sustitución. Como resultado, los PQD inorgánicos, con una eficiencia limitada de hasta el 16 %, se han utilizado predominantemente como materiales para células solares.
En este estudio, el equipo utilizó una estrategia de intercambio de ligandos basada en yoduro de alquilamonio, sustituyendo eficazmente ligandos por PQD orgánicos con una excelente utilización solar. Este avance permite la creación de una capa fotoactiva de QD para células solares, con alta eficiencia de sustitución y defectos controlados.
En consecuencia, la eficiencia de los PQD orgánicos, anteriormente limitada al 13 % utilizando la tecnología de sustitución de ligandos existente, se ha mejorado significativamente al 18,1 %.
Además, estas células solares demuestran una estabilidad excepcional, manteniendo su rendimiento incluso después de un almacenamiento prolongado durante más de dos años. Las células solares orgánicas PQD recientemente desarrolladas exhiben simultáneamente alta eficiencia y estabilidad.