Investigadores de la Universidad Estatal de Florida y la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU están ayudando a construir las células solares del mañana al explorar cómo el material de próxima generación puede funcionar de manera eficiente en condiciones del mundo real que incluyen temperaturas de cocción y horas de sol.
Su trabajo fue publicado en Revista de Química Física C.
La mayoría de las células solares están hechas de silicio, pero se están investigando otras opciones, incluido un material conocido como perovskita. Además de actuar como una célula solar, las perovskitas también pueden permitir un fenómeno llamado conversión ascendente en moléculas orgánicas, un proceso en el que la perovskita absorbe fotones de baja energía y las moléculas orgánicas luego convierten estas partículas en fotones de alta energía.
“Nos preguntamos si había otra forma de usar fotones, partículas de energía en la luz, que de otro modo no se convertirían en electricidad”. dijo Theo Siegrist, profesor en el Departamento de Ingeniería Química y Biomédica. “Queremos almacenar la energía de un fotón hasta que llegue el siguiente y combinar los dos fotones en uno que pueda superar la barrera”.
“La idea es que una partícula útil de luz de alta energía se vuelva a emitir después del proceso de conversión ascendente”, dijo Lea Nienhaus, profesora asistente en el Departamento de Química y Bioquímica.
Investigaciones anteriores sobre perovskitas han analizado cómo las altas temperaturas y la luz las degradan, pero no han analizado el proceso de conversión ascendente en perovskita/bicapas orgánicas en condiciones reales. Comprender cómo funcionan estos dispositivos en condiciones típicas de calor y luz muestra a los científicos hacia dónde dirigir sus esfuerzos para implementarlos en células solares comerciales.
Los investigadores colocaron sus dispositivos de conversión ascendente en un elemento calefactor, elevando su temperatura a unos 60 grados centígrados. Luego utilizaron espectroscopia óptica y cristalografía de rayos X para estudiar sus propiedades.
Descubrieron que el rendimiento del dispositivo de conversión ascendente se degradaba significativamente cuando se exponía a altas temperaturas, pero no debido a la degradación de la perovskita. En cambio, las moléculas orgánicas requeridas para el proceso de conversión ascendente cristalizaron cuando se expusieron al calor, lo que hizo que el dispositivo fuera ineficaz.
“La perovskita misma, si la calientas y la iluminas, se degradará”, dijo Niehaus. “Tan pronto como pones moléculas orgánicas encima, ya no se degradan. Las moléculas orgánicas contribuyen a una perovskita de mayor duración, lo que creo que es un resultado muy útil. Todavía hay problemas de ingeniería que resolver para que la perovskita basada en dispositivos de conversión ascendente sea factible, pero esperamos que este trabajo sea parte de la solución a esos problemas”.
Más información:
Alexander S. Bieber et al., Conversión ascendente sensibilizada con perovskita en condiciones de Operando, Revista de Química Física C (2023). DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c08850