Investigadores de imec, la Universidad de Hasselt y la Universidad de Gante en Bélgica han investigado el impacto de la luz y el calor en la degradación de células solares de perovskita de banda prohibida ancha y han descubierto que las capas de transporte de carga de los dispositivos son la principal fuente de pérdidas de rendimiento.
Su análisis se centró en materiales de perovskita con una banda prohibida de 1,68 eV y en la comparación de su rendimiento con perovskitas con una banda prohibida de 1,61 eV.
“Las perovskitas de banda ancha suelen enfrentar una escasa estabilidad bajo la luz y a temperaturas elevadas”, explicaron. “Esto se debe al mecanismo de segregación de fases, en el que las especies de bromuro y yoduro que forman parte del cristal de perovskita se separan en fases distintas, obstaculizando así la estabilidad de la capa”.
Para su evaluación, los científicos utilizaron tres pruebas de esfuerzo acelerado estandarizadas derivadas de los protocolos de la Cumbre Internacional sobre Estabilidad Fotovoltaica Orgánica (ISOS) conocidas como ISOS-L1 (exposición prolongada a la luz), ISOS-D2 (estrés térmico en la oscuridad) e ISOS-L2 (estrés térmico bajo luz).
También utilizaron un conjunto de herramientas de caracterización eléctrica que combina análisis corriente-voltaje (IV), fotoluminiscencia (PL) y capacidad-frecuencia (C-f). Las células solares fueron expuestas a una intensidad luminosa de 1 sol y a una temperatura elevada de 60 °C.
Las pruebas mostraron que la principal fuente de degradación en todas las células solares de perovskita analizadas es la interfaz entre el absorbedor de perovskita y el material de transporte de electrones (ETL), debido a la “débil” estabilidad termomecánica. En particular, los investigadores comprobaron que la permitividad dieléctrica de la perovskita se veía comprometida por la degradación causada por el efecto combinado del calor y la luz.
“De este análisis surgió que se observan diferentes modos de degradación en distintas condiciones de esfuerzo, lo que subraya que ‘la estabilidad de la perovskita’ puede no ser un concepto absoluto”, destacaron los investigadores. “Este hallazgo importante resalta el papel del calor en el proceso de segregación de fases y en la degradación de las perovskitas de banda prohibida ancha en condiciones operativas, aspecto que fue pasado por alto en muchos estudios previos”.
Sus conclusiones se encuentran en el estudio “In-Depth Study of Degradation in Scalable Wide Bandgap Perovskite Cells” (Estudio en profundidad de la degradación en células de perovskita de banda ancha escalables), publicado en Materials Futures. De cara al futuro, el equipo aseguró que desea investigar la degradación a nivel nanoscópico en distintas condiciones de esfuerzo y realizar más pruebas en un rango más amplio de condiciones, “lo que potencialmente podría llevar al descubrimiento de nuevos modos de degradación”.
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