Un equipo de investigación liderado por la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) en Alemania ha desarrollado una célula solar de perovskita de haluro metálico capaz de soportar las altas temperaturas típicas de la órbita terrestre baja (LEO, por sus siglas en inglés), al tiempo que ofrece una sólida eficiencia de conversión de potencia.
Los científicos investigaron específicamente los efectos del ciclado térmico acelerado entre –80 °C y 80 °C. Descubrieron que las células reforzadas conservaron alrededor del 84% de su eficiencia inicial después de 16 ciclos extremos, mientras que las células no modificadas sufrieron pérdidas de rendimiento significativamente mayores.
“Estas condiciones no solo se presentan en ensayos de envejecimiento en laboratorio, sino también en entornos operativos como la LEO, donde las células solares en satélites quedan expuestas repetidamente a la luz solar directa y luego son sumergidas en el frío en cortos períodos de tiempo”, señalaron los investigadores. “Los extremos de temperatura varían según el diseño de la nave espacial y la órbita, y el equipo seleccionó un rango representativo para este estudio”.
La mejora aborda un desafío clave en las células solares de perovskita: cuando la capa de perovskita y su sustrato de vidrio se expanden y contraen a diferentes ritmos durante las fluctuaciones de temperatura, se acumula tensión mecánica. Esta tensión se concentra en los límites de grano de los cristales de perovskita y en la interfaz con el sustrato, que son los puntos más débiles del material. Con el tiempo, estas tensiones localizadas pueden causar grietas, delaminación y defectos, degradando el rendimiento eléctrico y limitando la estabilidad a largo plazo.
Para superar estos problemas, el equipo desarrolló una estrategia dirigida de refuerzo molecular. Incorporaron ácido α-lipoico durante la formación de la película, que se polimeriza a través de los límites de grano, reduciendo defectos y fortaleciendo la red cristalina. Luego se aplicó un derivado basado en sulfonio para anclar químicamente la perovskita al sustrato, formando una “red anclada” que estabiliza la capa a medida que se expande y contrae bajo tensión térmica.
En conjunto, estas medidas protegen las áreas más vulnerables de la célula, mejorando tanto la durabilidad como la eficiencia bajo fluctuaciones extremas de temperatura. El dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia de más del 26%, que, según los académicos, es un 3% superior a la de una célula de referencia construida sin la técnica propuesta.
“Nuestro trabajo muestra que el refuerzo dirigido de los límites de grano y las interfaces puede mejorar sustancialmente la estabilidad mecánica de las células solares de perovskita”, afirmó Erkan Aydin, autor principal del estudio. “Esto nos acerca un paso más a hacer viable esta tecnología para aplicaciones del mundo real”.
El nuevo concepto de célula solar fue presentado en “Perovskite solar cells with enhanced thermal fatigue resistance under extreme temperature cycling” (Células solares de perovskita con mayor resistencia a la fatiga térmica bajo ciclado extremo de temperatura), publicado en Nature Communications.
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