Una célula solar de perovskita ( PSC ) es un tipo de célula solar que incluye un compuesto con estructura de perovskita , más comúnmente un material híbrido orgánico-inorgánico basado en haluro de plomo o estaño como capa activa de captación de luz. [1] [2] Los materiales de perovskita, como los haluros de plomo y metilamonio y el haluro de plomo y cesio totalmente inorgánico, son baratos de producir y sencillos de fabricar.
Las eficiencias de las células solares de los dispositivos a escala de laboratorio que utilizan estos materiales han aumentado del 3,8 % en 2009 [3] al 25,7 % en 2021 en arquitecturas de unión única [4] [5] y, en células tándem basadas en silicio, al 29,8 %, [4] [6], superando la eficiencia máxima lograda en células solares de silicio de unión única. Por lo tanto, las células solares de perovskita han sido la tecnología solar que ha avanzado más rápidamente a partir de 2016 [1][update] . Con el potencial de lograr eficiencias aún mayores y costos de producción muy bajos, las células solares de perovskita se han vuelto comercialmente atractivas. Los problemas centrales y los temas de investigación incluyen su estabilidad a corto y largo plazo [7] .
Las materias primas utilizadas y los posibles métodos de fabricación (como diversas técnicas de impresión) son ambos de bajo costo. [8] Su alto coeficiente de absorción permite que películas ultradelgadas de alrededor de 500 nm absorban todo el espectro solar visible. [9] Estas características combinadas dan como resultado la capacidad de crear módulos solares de bajo costo, alta eficiencia, delgados, livianos y flexibles. Las células solares de perovskita se han utilizado para alimentar prototipos de electrónica inalámbrica de bajo consumo para aplicaciones de Internet de las cosas alimentadas por el ambiente , [10] y pueden ayudar a mitigar el cambio climático . [11]
Las células de perovskita también poseen muchas propiedades optoeléctricas que benefician su uso en células solares . Por ejemplo, la energía de enlace del excitón es pequeña. Esto permite que los huecos de electrones y los electrones se separen fácilmente tras la absorción de un fotón . Además, la larga distancia de difusión del portador de carga y la alta difusividad (la tasa de difusión) permiten que los portadores de carga recorran largas distancias dentro de la célula solar de perovskita, lo que mejora la posibilidad de que se absorba y se convierta en energía. Por último, las células de perovskita se caracterizan por amplios rangos de absorción y altos coeficientes de absorción, que aumentan aún más la eficiencia energética de la célula solar al aumentar el rango de energías de los fotones que se absorben [12].
El nombre "célula solar de perovskita" se deriva de la estructura cristalina ABX 3 de los materiales absorbentes, denominada estructura de perovskita , donde A y B son cationes y X es un anión . Se ha descubierto que los cationes A con radios entre 1,60 Å y 2,50 Å forman estructuras de perovskita. [14] El absorbente de perovskita estudiado con más frecuencia es el trihaluro de metilamonio y plomo (CH 3 NH 3 PbX 3 , donde X es un ion halógeno como yoduro , bromuro o cloruro ), que tiene una banda prohibida óptica entre ~1,55 y 2,3 eV, dependiendo del contenido de haluro. El trihaluro de formamidinio y plomo (H 2 NCHNH 2 PbX 3 ) también ha demostrado ser prometedor, con bandas prohibidas entre 1,48 y 2,2 eV. Su banda prohibida mínima está más cerca de la óptima para una celda de unión simple que el trihaluro de plomo y metilamonio, por lo que debería ser capaz de lograr mayores eficiencias. [15] El primer uso de perovskita en una celda solar de estado sólido fue en una celda sensibilizada con colorante que usaba CsSnI 3 como capa de transporte de huecos de tipo p y absorbente. [16] Una preocupación común es la inclusión de plomo como componente de los materiales de perovskita; también se han reportado celdas solares compuestas de absorbentes de perovskita a base de estaño como CH 3 NH 3 SnI 3 , aunque con menores eficiencias de conversión de energía. [17] [18] [19] [20]
La eficiencia de las células solares está limitada por el límite de Shockley-Queisser . Este límite calculado establece la eficiencia teórica máxima de una célula solar utilizando una única unión sin ninguna otra pérdida aparte de la recombinación radiativa en la célula solar. Según los espectros solares globales AM1.5G, la eficiencia máxima de conversión de energía está correlacionada con una banda prohibida respectiva, formando una relación parabólica.
Este límite se describe mediante la ecuación
Dónde
y u es el factor de eficiencia máxima, y v es la relación entre el voltaje de circuito abierto V op y el voltaje de banda prohibida V g , y m es el factor de adaptación de impedancia, y V c es el voltaje térmico, y V s es el voltaje equivalente de la temperatura del Sol.
El intervalo de banda más eficiente se encuentra en 1,34 eV, con una eficiencia de conversión de potencia (PCE) máxima del 33,7 %. Alcanzar esta energía de intervalo de banda ideal puede ser difícil, pero el uso de células solares de perovskita ajustables permite la flexibilidad para alcanzar este valor. Experimentos posteriores con células solares multiunión permiten superar el límite de Shockley-Queisser, expandiéndose para permitir que se absorban y conviertan fotones de un rango de longitud de onda más amplio, sin aumentar la pérdida de termalización.
La brecha de banda real para el trihaluro de plomo de formamidinio (FA) se puede ajustar hasta 1,48 eV, que está más cerca de la energía de brecha de banda ideal de 1,34 eV para la máxima eficiencia de conversión de energía de las células solares de unión única, predicha por el límite de Shockley-Queisser. La energía de brecha de banda de 1,3 eV se ha logrado con éxito con el (FAPbI
3)
1− x(CsSnI
3)
incógnitacélula híbrida, que tiene una energía de banda prohibida ajustable (E g ) de 1,24 – 1,41 eV [21]
Las células solares de unión múltiple son capaces de lograr una mayor eficiencia de conversión de potencia (PCE), aumentando el umbral más allá del máximo termodinámico establecido por el límite de Shockley-Queisser para las células de unión simple. Al tener múltiples brechas de banda en una sola célula, se evita la pérdida de fotones por encima o por debajo de la energía de brecha de banda de una célula solar de unión simple . [22] En células solares de unión en tándem (doble) , se ha registrado una PCE del 31,1 %, que aumenta al 37,9 % para las células solares de unión triple y al 38,8 % para las células solares de unión cuádruple. Sin embargo, el proceso de deposición química en fase de vapor (mocvd) orgánico de metal necesario para sintetizar células solares cristalinas y de red emparejada con más de una unión es muy costoso, lo que lo convierte en un candidato poco ideal para un uso generalizado.
Los semiconductores de perovskita ofrecen una opción que tiene el potencial de rivalizar en eficiencia con las células solares de unión múltiple, pero que se pueden sintetizar en condiciones más comunes a un costo muy reducido. Rivalizando con las células solares de unión doble, triple y cuádruple mencionadas anteriormente, están las células en tándem totalmente de perovskita con un PCE máximo del 31,9 %, las células de triple unión totalmente de perovskita que alcanzan el 33,1 % y las células de triple unión de perovskita-Si, que alcanzan una eficiencia del 35,3 %. Estas células solares de perovskita de unión múltiple, además de estar disponibles para una síntesis rentable, también mantienen un PCE alto en condiciones climáticas extremas variables, lo que las hace utilizables en todo el mundo. [23]
El uso de ligandos quirales orgánicos muestra potencial para aumentar la eficiencia máxima de conversión de energía para células solares de perovskita de haluro, cuando se utilizan correctamente. La quiralidad se puede producir en semiconductores inorgánicos por distorsiones enantioméricas cerca de la superficie de la red, acoplamiento electrónico entre el sustrato y un ligando quiral, ensamblaje en una estructura secundaria quiral o defectos superficiales quirales. Al unir un ligando de feniletilamina quiral a una nanoplaqueta de perovskita de bromuro de plomo aquiral, se forma una perovskita inorgánica-orgánica quiral. La inspección de la perovskita inorgánica-orgánica mediante espectroscopia de dicroísmo circular (CD) revela dos regiones. Una representa la transferencia de carga entre el ligando y la nanoplaqueta (300-350 nm), y la otra representa el máximo de absorción excitónica de la perovskita. La evidencia de transferencia de carga en estos sistemas muestra potencial para aumentar la eficiencia de conversión de energía en células solares de perovskita. [24]
Las células solares de perovskita de mayor rendimiento sufren inestabilidad química. Los componentes orgánicos como el metilamonio o el formamidinio son la base de la debilidad. La encapsulación para evitar esta descomposición es costosa. Las perovskitas completamente inorgánicas podrían minimizar estos problemas. Las perovskitas completamente inorgánicas tienen un PCE superior al 17%. Estas células de perovskita completamente inorgánicas de alto rendimiento se crean utilizando CsPbI 3 , que tiene un intervalo de banda similar al de las OIHP de alto rendimiento (~1,7 eV), así como excelentes propiedades optoeléctricas. Aunque químicamente estables, estos materiales de perovskita enfrentan problemas significativos con la estabilidad de fase que impiden su amplia aplicación industrial. En CsPbI 3 de alta eficiencia , por ejemplo, la fase α negra fotoactiva es propensa a transformarse en la fase δ amarilla inactiva, lo que inhibe gravemente el rendimiento, especialmente cuando se expone a la humedad. [25] Esto también dificultó su síntesis a temperatura ambiente, ya que la fase α negra es termodinámicamente inestable con respecto a la fase δ amarilla, aunque esto ha sido abordado recientemente por el grupo de Hei Ming Lai, quien es psiquiatra. [26] El desafío de estabilizar la fase α negra fotoactiva de los materiales de perovskita inorgánicos se ha abordado en una variedad de estrategias, incluido el anclaje octaédrico y el crecimiento de cristales secundarios. [27] [28]
Las perovskitas 2D se caracterizan por una estabilidad mejorada y propiedades de confinamiento excitónico en comparación con las perovskitas 3D, al tiempo que mantienen las propiedades de transporte de carga de los materiales de perovskita 3D. Además, la estructura híbrida orgánico-inorgánica de perovskita (HOIP) 2D también alivia las restricciones estéricas en los cationes “B”, como se describe en el factor de tolerancia de Goldschmidt en HOIP 3D, lo que proporciona un espacio compositivo mucho más grande para diseñar nuevos materiales con propiedades personalizadas. [29]
Los HOIP siguen la misma estequiometría ABX 3 que sus contrapartes 3D. En este caso, B es un catión metálico, X son aniones halógenos (Cl − , Br − , I − ) y A representa un catión molecular orgánico. Los cationes del sitio A están enjaulados en una red de octaedros que comparten esquinas BX 6 a través del enlace de hidrógeno de NHX entre el grupo amonio del catión del sitio A y el halógeno de los octaedros. A medida que aumenta la longitud del ion orgánico 2D, también lo hace el espaciamiento entre los octaedros que comparten esquinas, formando una estructura 2D o cuasi-2D. [30] Las capas orgánicas e inorgánicas se mantienen juntas mediante fuerzas de van der Waals . Se utiliza una fórmula de R 2 A n−1 B n X 3n+1 para caracterizar las estructuras 2D y cuasi 2D. [30] Aquí, R es el gran espacio de cationes orgánicos que separa las capas inorgánicas y “n” se refiere al número de unidades orgánicas entre las capas inorgánicas.
Para lograr dispositivos mecánicamente duraderos, una prioridad máxima es comprender las propiedades mecánicas inherentes de los materiales. Al igual que otros materiales 2D , las propiedades mecánicas se analizan mediante métodos computacionales y se verifican mediante experimentos.
La nanoindentación es una técnica común para medir las propiedades mecánicas de los materiales 2D. Los resultados de la nanoindentación en HOIP 2D revelan anisotropía en el módulo de Young a lo largo de diferentes direcciones del plano (100, 001 y 110). [31] Gao et al. demostraron que el monocristal (C 6 H 5 CH 2 NH 3 ) 2 PbCl 4 tenía una anisotropía de rango medio en estas direcciones debido a la compartición de esquinas inherente a la estructura cristalina. [31] La dirección más fuerte fue la dirección [100] que es perpendicular a las capas inorgánicas. En general, en muchos HOIP 2D, existe una correlación dominante entre el aumento de la fuerza de enlace Pb-X (catión muy común) y los módulos de Young. [32] De manera similar, otro estudio de nanoindentación encontró que cambiar el ion A de CH 3 NH 3+ orgánico a Cs + inorgánico tiene efectos insignificantes en el módulo de Young, mientras que la resistencia Pb–X tiene el efecto dominante. [33] Debido a la mayor estabilidad mecánica de las capas inorgánicas, la nanoindentación descubre que las estructuras HOIP 2D con capas inorgánicas más gruesas y más densamente empaquetadas han aumentado los módulos de Young y la estabilidad. [31]
Un estudio de Tu et al. realizó pruebas de propiedades mecánicas en un sistema simple de yoduro de plomo para investigar el papel del número y la longitud de las subunidades (capa orgánica) en el módulo de Young fuera del plano utilizando nanoindentación. [29] Este estudio encontró que los HOIP 2D son más suaves que sus contrapartes 3D debido a un cambio de enlace covalente/iónico a enlace de van der Waals. [29] Además, aumentar el número de subunidades "n" de (1-5) aumenta el módulo de Young y la dureza hasta alcanzar los valores estándar 3D. [29] La longitud de la cadena orgánica disminuye y el módulo de Young se estabiliza. Estos factores se pueden adaptar al diseñar células solares de perovskitas para aplicaciones únicas.
Los HOIP 2D también son susceptibles al fenómeno de la relación de Poisson negativa , en el que un material se contrae lateralmente cuando se estira y se expande lateralmente cuando se comprime. Este fenómeno se observa comúnmente en materiales 2D y la relación de Poisson se puede modular cambiando el haluro "X" en la química de HOIP 2D. [34] Los haluros con electronegatividad más débil forman enlaces más débiles con el catión "B", lo que resulta en una relación de Poisson negativa aumentada (en magnitud). [31] Este factor permite una flexibilidad ajustable de los HOIP 2D y aplicaciones de dispositivos microelectromecánicos y nanoelectrónicos.
Se han estudiado células solares basadas en perovskitas de óxido de metal de transición y heteroestructuras de las mismas como LaVO 3 /SrTiO 3. [35] [36]
Los científicos de la Universidad Rice descubrieron un nuevo fenómeno de expansión reticular inducida por la luz en materiales de perovskita. [37]
La tecnología de células solares de puntos cuánticos de perovskita puede extender la durabilidad de la célula, lo que sigue siendo una limitación crítica. [38]
Para superar los problemas de inestabilidad de los materiales de perovskita orgánicos a base de plomo en el aire ambiente y reducir el uso de plomo, se han investigado derivados de perovskita, como la perovskita doble Cs2SnI6. [ 39 ]
Las células solares de perovskita tienen una ventaja sobre las células solares de silicio tradicionales en la simplicidad de su procesamiento y su tolerancia a los defectos internos. [40] Las células de silicio tradicionales requieren procesos costosos de varios pasos, realizados a altas temperaturas (>1000 °C) bajo alto vacío en instalaciones especiales de sala limpia. [41] Mientras tanto, el material híbrido orgánico-inorgánico de perovskita se puede fabricar con técnicas de química húmeda más simples en un entorno de laboratorio tradicional. En particular, los trihaluros de plomo de metilamonio y formamidinio, también conocidos como perovskitas híbridas, se han creado utilizando una variedad de técnicas de deposición en solución, como recubrimiento por centrifugación, recubrimiento con matriz de ranura, recubrimiento con cuchillas, recubrimiento por pulverización, impresión por inyección de tinta, serigrafía, electrodeposición y técnicas de deposición de vapor, todas las cuales tienen el potencial de ampliarse con relativa facilidad, excepto el recubrimiento por centrifugación. [42] [43] [44] [45] [46]
El método de procesamiento basado en solución se puede clasificar en deposición de solución de un solo paso y deposición de solución de dos pasos. En la deposición de un solo paso, una solución precursora de perovskita que se prepara mezclando haluro de plomo y haluro orgánico juntos, se deposita directamente a través de varios métodos de recubrimiento, como recubrimiento por centrifugación, pulverización, recubrimiento por cuchilla y recubrimiento por matriz de ranura, para formar una película de perovskita. La deposición de un solo paso es simple, rápida y económica, pero también es más difícil controlar la uniformidad y la calidad de la película de perovskita. En la deposición de dos pasos, primero se deposita la película de haluro de plomo y luego reacciona con el haluro orgánico para formar una película de perovskita. La reacción tarda tiempo en completarse, pero se puede facilitar agregando bases de Lewis o haluro orgánico parcial a los precursores de haluro de plomo. En el método de deposición de dos pasos, la expansión de volumen durante la conversión de haluro de plomo a perovskita puede llenar cualquier poro para lograr una mejor calidad de película. Los procesos de deposición en fase de vapor se pueden clasificar en deposición física de vapor (PVD) y deposición química de vapor (CVD). La PVD se refiere a la evaporación de una perovskita o su precursor para formar una película delgada de perovskita sobre el sustrato, que está libre de solvente. Mientras que la CVD implica la reacción del vapor de haluro orgánico con la película delgada de haluro de plomo para convertirlo en la película de perovskita. También se introdujo una CVD basada en solución, la CVD asistida por aerosol (AACVD) para fabricar películas de perovskita de haluro, como CH 3 NH 3 PbI 3 , [47] CH 3 NH 3 PbBr 3 , [48] y Cs 2 SnI 6 . [49]
En el procesamiento de solución de un solo paso, un haluro de plomo y un haluro de metilamonio se pueden disolver en un solvente y revestir por centrifugación sobre un sustrato. La evaporación posterior y el autoensamblaje convectivo durante el hilado dan como resultado capas densas de material de perovskita bien cristalizado, debido a las fuertes interacciones iónicas dentro del material (el componente orgánico también contribuye a una temperatura de cristalización más baja). Sin embargo, el simple revestimiento por centrifugación no produce capas homogéneas, sino que requiere la adición de otros productos químicos como GBL , DMSO y gotas de tolueno . [50] El procesamiento de solución simple da como resultado la presencia de huecos, plaquetas y otros defectos en la capa, lo que obstaculizaría la eficiencia de una célula solar.
Otra técnica que utiliza la extracción disolvente-disolvente a temperatura ambiente produce películas cristalinas de alta calidad con un control preciso del espesor de hasta 20 nanómetros en áreas de varios centímetros cuadrados sin generar poros. En este método, "los precursores de perovskita se disuelven en un disolvente llamado NMP y se aplican como revestimiento sobre un sustrato. Luego, en lugar de calentar, el sustrato se baña en éter dietílico , un segundo disolvente que atrapa selectivamente el disolvente NMP y lo elimina. Lo que queda es una película ultra suave de cristales de perovskita". [51]
En otro método de procesamiento en solución, se precalienta la mezcla de yoduro de plomo y haluro de metilamonio disuelto en DMF. Luego, la mezcla se aplica por centrifugación sobre un sustrato mantenido a una temperatura más alta. Este método produce películas uniformes de hasta 1 mm de tamaño de grano. [52]
Las perovskitas de haluro de plomo se pueden fabricar a partir de un precursor de PbI 2 , [53] o precursores que no sean PbI 2 , como PbCl 2 , Pb(Ac) 2 y Pb(SCN) 2 , lo que proporciona a las películas diferentes propiedades. [47]
En 2015, se adoptó un nuevo enfoque [54] para formar la nanoestructura de PbI2 y el uso de una alta concentración de CH3NH3I para formar una película de perovskita de alta calidad (tamaño de cristal grande y suave) con mejores rendimientos fotovoltaicos . Por un lado, se forma PbI2 poroso autoensamblado incorporando pequeñas cantidades de aditivos elegidos racionalmente en las soluciones precursoras de PbI2 , lo que facilita significativamente la conversión de perovskita sin ningún residuo de PbI2 . Por otro lado, al emplear una concentración relativamente alta de CH3NH3I , se forma una película de CH3NH3PbI3 firmemente cristalizada y uniforme . Además , este es un enfoque económico.
En las técnicas asistidas por vapor, el haluro de plomo exfoliado o revestido por centrifugación se recoce en presencia de vapor de yoduro de metilamonio a una temperatura de alrededor de 150 °C. [55] Esta técnica tiene una ventaja sobre el procesamiento en solución, ya que abre la posibilidad de películas delgadas apiladas en múltiples áreas más grandes. [56] Esto podría ser aplicable para la producción de celdas de múltiples uniones . Además, las técnicas de depósito por vapor dan como resultado una menor variación de espesor que las capas procesadas en solución simple. Sin embargo, ambas técnicas pueden dar como resultado capas de película delgada planas o para su uso en diseños mesoscópicos, como recubrimientos sobre un andamio de óxido metálico. Este tipo de diseño es común para las células solares actuales de perovskita o sensibilizadas con colorante.
La escalabilidad incluye no solo la ampliación de la capa absorbente de perovskita, sino también la ampliación de las capas de transporte de carga y el electrodo. Tanto los procesos en solución como en vapor son prometedores en términos de escalabilidad. El costo y la complejidad del proceso son significativamente menores que los de las células solares de silicio. La deposición en vapor o las técnicas asistidas por vapor reducen la necesidad de utilizar más solventes, lo que reduce el riesgo de que queden restos de solventes. El procesamiento en solución es más económico. Los problemas actuales con las células solares de perovskita giran en torno a la estabilidad, ya que se observa que el material se degrada en condiciones ambientales estándar, sufriendo caídas en la eficiencia ( ver también Estabilidad).
En 2014, Olga Malinkiewicz presentó su proceso de fabricación de impresión por inyección de tinta para láminas de perovskita en Boston (EE. UU.) durante la reunión de otoño de MRS , por el que recibió el premio a los innovadores menores de 35 años de MIT Technology Review. [57] La Universidad de Toronto también afirma haber desarrollado una célula solar de inyección de tinta de bajo costo en la que las materias primas de perovskita se mezclan en una "tinta" nanosolar que se puede aplicar mediante una impresora de inyección de tinta sobre vidrio, plástico u otros materiales de sustrato . [58]
Para aumentar la escala de la capa de perovskita manteniendo una alta eficiencia, se han desarrollado varias técnicas para recubrir la película de perovskita de manera más uniforme. Por ejemplo, se desarrollan algunos enfoques físicos para promover la sobresaturación a través de la eliminación rápida del solvente, obteniendo así más nucleaciones y reduciendo el tiempo de crecimiento del grano y la migración del soluto. El calentamiento, [59] el flujo de gas, [60] el vacío, [61] y el antisolvente [50] pueden ayudar a la eliminación del solvente. Y los aditivos químicos, como los aditivos de cloruro, [62] los aditivos de base de Lewis, [63] el aditivo surfactante, [64] y la modificación de la superficie, [65] pueden influir en el crecimiento del cristal para controlar la morfología de la película. Por ejemplo, un informe reciente de aditivo surfactante, como L-α-fosfatidilcolina (LP), demostró la supresión del flujo de solución por surfactantes para eliminar los espacios entre las islas y, al mismo tiempo, la mejora de la humectación de la superficie de la tinta de perovskita en el sustrato hidrofóbico para garantizar una cobertura completa. Además, el LP también puede pasivar las trampas de carga para mejorar aún más el rendimiento del dispositivo, lo que se puede utilizar en el recubrimiento de cuchillas para obtener un alto rendimiento de PSC con una pérdida mínima de eficiencia. [64]
La ampliación de la capa de transporte de carga también es necesaria para la escalabilidad de las PSC. La capa de transporte de electrones (ETL) común en las PSC nip son TiO 2 , SnO 2 y ZnO. Actualmente, para hacer que la deposición de la capa de TiO 2 sea compatible con el sustrato de polímero flexible, se desarrollan técnicas de baja temperatura, como la deposición de capa atómica , [66] deposición de capa molecular , [67] reacción hidrotermal, [68] y electrodeposición, [69] para depositar una capa compacta de TiO 2 en un área grande. Los mismos métodos también se aplican a la deposición de SnO 2. En cuanto a la capa de transporte de huecos (HTL), en lugar del PEDOT:PSS comúnmente utilizado, se utiliza NiO x como alternativa debido a la absorción de agua del PEDOT, que se puede depositar a través del procesamiento de solución a temperatura ambiente. [70] CuSCN y NiO [71] son materiales HTL alternativos que se pueden depositar mediante recubrimiento por pulverización, [72] recubrimiento de cuchillas, [73] y electrodeposición, [74] que son potencialmente escalables. Los investigadores también informan sobre un método de dopaje molecular para el recubrimiento de cuchillas escalable para fabricar PSC sin HTL. [75]
La deposición por evaporación del electrodo posterior es una técnica madura y escalable, pero requiere vacío. La deposición sin vacío del electrodo posterior es importante para la procesabilidad total de las PSC en solución. Los electrodos de plata se pueden serigrafiar [76] y la red de nanocables de plata se puede recubrir por pulverización [77] como electrodo posterior. El carbono también es un candidato potencial como electrodo escalable para PSC, como el grafito [78] , los nanotubos de carbono [79] y el grafeno [80] .
Los problemas de toxicidad asociados con el contenido de plomo en las células solares de perovskita afectan la percepción pública y la aceptación de la tecnología. [81] El impacto en la salud y el medio ambiente de los metales pesados tóxicos ha sido muy debatido en el caso de las células solares de CdTe, cuya eficiencia se volvió industrialmente relevante en la década de 1990. Aunque el CdTe es un compuesto térmica y químicamente muy estable con un producto de baja solubilidad , K sp , de 10 −34 y, en consecuencia, su toxicidad se reveló extremadamente baja, se han implementado rigurosos programas de higiene industrial [82] y programas de compromiso de reciclaje [83] . A diferencia del CdTe, las perovskitas híbridas son muy inestables y se degradan fácilmente a compuestos bastante solubles de Pb o Sn con K SP = 4,4 × 10 −9, lo que aumenta significativamente su biodisponibilidad potencial [84] y el riesgo para la salud humana, como lo confirman estudios toxicológicos recientes. [85] [86] Aunque la dosis letal del 50% de plomo [LD 50 (Pb)] es inferior a 5 mg por kg de peso corporal, surgen problemas de salud a niveles de exposición mucho más bajos. Los niños pequeños absorben entre 4 y 5 veces más plomo que los adultos y son más susceptibles a los efectos adversos del plomo. [87] En 2003, la Organización Mundial de la Salud impuso un nivel máximo de plomo en sangre (BLL) de 5 μg/dL , [87] que corresponde a la cantidad de Pb contenida en solo 25 mm2 del módulo solar de perovskita. Además, el BLL de 5 μg/dL fue revocado en 2010 después del descubrimiento de una disminución de la inteligencia y dificultades de comportamiento en niños expuestos a valores incluso más bajos. [88] Recientemente, Hong Zhang et al. informaron sobre una estrategia de dilución de codisolvente universal para reducir significativamente la producción de desechos tóxicos de plomo, el uso de materiales de perovskita y el costo de fabricación en un 70%, lo que también genera PCE de más del 24% y 18,45% en celdas y módulos de laboratorio, respectivamente. [89]
Se han realizado varios estudios para analizar alternativas prometedoras a la perovskita de plomo para su uso en PSC. Entre los buenos candidatos para el reemplazo, que idealmente tienen baja toxicidad, bandas prohibidas directas estrechas, coeficientes de absorción óptica altos, alta movilidad de portadores y buenas propiedades de transporte de carga, se incluyen las perovskitas de haluro de estaño/germanio, las perovskitas dobles y los haluros de bismuto/antimonio con estructuras similares a las de la perovskita. [90]
Las investigaciones realizadas sobre PSC basadas en haluro de estaño muestran que tienen una menor eficiencia de conversión de potencia (PCE), y las fabricadas experimentalmente alcanzan una PCE del 9,6 %. Esta PCE relativamente baja se debe en parte a la oxidación de Sn 2+ a Sn 4+ , que actuará como un dopante de tipo p en la estructura y dará como resultado una mayor concentración de portadores oscuros y mayores tasas de recombinación de portadores. [91] Las perovskitas de haluro de germanio han demostrado ser igualmente infructuosas debido a las bajas eficiencias y los problemas con las tendencias oxidantes, y una célula solar experimental mostró una PCE de solo el 0,11 %. [92] Sin embargo, se han informado PCE más altas de algunas perovskitas basadas en aleaciones de germanio y estaño, con una película de CsSn 0,5 Ge 0,5 I 3 totalmente inorgánica que tiene una PCE informada del 7,11 %. Además de esta mayor eficiencia, también se ha descubierto que las perovskitas de aleación de germanio y estaño tienen una alta fotoestabilidad. [93]
Aparte de las perovskitas basadas en estaño y germanio, también se han realizado investigaciones sobre la viabilidad de las perovskitas dobles con la fórmula A 2 M + M 3+ X 6 . Si bien estas perovskitas dobles tienen un intervalo de banda favorable de aproximadamente 2 eV y exhiben una buena estabilidad, varios problemas, incluidas las altas masas efectivas de electrones/huecos y la presencia de intervalos de banda indirectos, dan como resultado una menor movilidad de los portadores y transporte de carga. [94] También se han realizado investigaciones que exploran la viabilidad de los haluros de bismuto/antimonio para reemplazar a las perovskitas de plomo, particularmente con Cs 3 Sb 2 I 9 y Cs 3 Bi 2 I 9 , que también tienen intervalos de banda de aproximadamente 2 eV. [95] Los resultados experimentales también han demostrado que, si bien las PSC basadas en haluros de antimonio y bismuto tienen una buena estabilidad, sus bajas movilidades de los portadores y sus malas propiedades de transporte de carga restringen su viabilidad para reemplazar a las perovskitas basadas en plomo. [90]
Recientemente se han llevado a cabo investigaciones sobre el uso de la encapsulación como método para reducir las fugas de plomo, centrándose particularmente en la utilización de polímeros autorreparadores . Se han realizado investigaciones sobre dos polímeros prometedores, Surlyn y una resina epoxi de reticulación térmica, diglicidil éter bisfenol A:n-octilamina:m-xililendiamina = 4:2:1. Los experimentos mostraron una reducción sustancial en las fugas de plomo de las PSC utilizando estos polímeros autorreparadores en condiciones climáticas soleadas simuladas y después de que el daño simulado por granizo hubiera agrietado la encapsulación de vidrio exterior. En particular, la encapsulación de resina epoxi pudo reducir las fugas de plomo en un factor de 375 veces cuando se calentó con luz solar simulada. [96]
También se han empleado experimentalmente recubrimientos que fijan químicamente el plomo para reducir las fugas de plomo de los módulos PSC. En particular, se han empleado experimentalmente resinas de intercambio catiónico (CER) y ácido P,P'-di(2-etilhexil)metanodifosfónico (DMDP) en este esfuerzo. Ambos recubrimientos funcionan de manera similar, secuestrando químicamente el plomo que podría fugarse de un módulo PSC después de que se produzcan daños por el clima. La investigación sobre CER ha demostrado que, a través de procesos controlados por difusión, el plomo Pb2 + se adsorbe y se une eficazmente a la superficie de los CER, incluso en presencia de iones divalentes competitivos como Mg2 + y Ca2 + que también podrían ocupar sitios de unión en la superficie de los CER. [97]
Para probar la eficacia de los recubrimientos basados en CER en la adsorción de plomo en condiciones prácticas, los investigadores gotearon agua ligeramente ácida, destinada a simular el agua de lluvia, sobre un módulo PSC agrietado por daño simulado de granizo. Los investigadores descubrieron que al aplicar un recubrimiento CER sobre los electrodos de cobre de los módulos PSC dañados, la fuga de plomo se redujo en un 84%. Cuando el CER se integró en una pasta de electrodos a base de carbono aplicada al PSC y en la parte superior del vidrio encapsulante, la fuga de plomo disminuyó en un 98%. [97] También se realizó una prueba similar en un módulo PSC con DMDP recubierto tanto en la parte superior como en la inferior del módulo para estudiar la eficacia de DMDP en la reducción de la fuga de plomo. En esta prueba, el módulo se agrietó por daño simulado de granizo y se colocó en una solución de agua ácida que contenía iones Ca 2+ acuosos , destinados a simular lluvia ácida con bajos niveles de calcio acuoso presente. Se rastreó la concentración de plomo del agua ácida y los investigadores descubrieron que la eficiencia de secuestro de plomo del recubrimiento DMDP a temperatura ambiente fue del 96,1%. [98]
Se ha informado de una estrategia de dilución con codisolvente [89] para obtener películas de perovskita de alta calidad con soluciones precursoras de concentración muy baja. Esta estrategia reduce sustancialmente la cantidad de materias primas costosas en la tinta precursora de perovskita y reduce la producción de desechos tóxicos mediante el recubrimiento por centrifugación a través de dos vías clave: minimizando la pérdida de precursor durante el procesamiento de las películas de perovskita y mejorando la vida útil y la vida útil de las tintas al suprimir la agregación de coloides precursores. Se podría lograr un PCE de más del 24 % para PSC de laboratorio con una dilución con codisolvente a un nivel tan bajo como 0,5 M. Además, la escalabilidad de la estrategia de dilución con codisolvente se prueba mediante la fabricación de módulos solares de perovskita (PSM) con diferentes tamaños utilizando recubrimiento por centrifugación industrial. Los módulos fabricados mediante la estrategia de dilución con codisolvente muestran PCE más altos y una uniformidad y reproducibilidad mucho mejores que los módulos preparados con tintas de perovskita convencionales, mientras se utiliza una fracción del precursor. Es importante destacar que se prevé que la fabricación de módulos reduzca más del 70 % de los residuos/disolventes tóxicos, la materia prima de perovskita y el coste de fabricación en comparación con los mismos módulos fabricados con tintas convencionales mediante recubrimiento por centrifugación industrial, lo que convierte al recubrimiento por centrifugación en una técnica sostenible para la fabricación a media escala, por ejemplo, para módulos independientes o para la integración a escala de obleas de silicio. Este trabajo demuestra que, mediante la selección juiciosa de un codisolvente más ecológico, podemos reducir significativamente el uso y el desperdicio de disolventes tóxicos y materias primas de perovskita, al tiempo que simplificamos la fabricación y reducimos los costes de las PSC. [89]
Una característica importante del sistema de perovskita más comúnmente utilizado, los haluros de plomo y metilamonio, es una banda prohibida controlable por el contenido de haluro. [15] [99] Los materiales también muestran una longitud de difusión tanto para huecos como para electrones de más de un micrón . [100] [101] [102] La larga longitud de difusión significa que estos materiales pueden funcionar de manera efectiva en una arquitectura de película delgada, y que las cargas pueden transportarse en la propia perovskita a largas distancias. Recientemente se ha informado de que las cargas en el material de perovskita están presentes predominantemente como electrones y huecos libres, en lugar de como excitones ligados , ya que la energía de enlace del excitón es lo suficientemente baja como para permitir la separación de cargas a temperatura ambiente. [103] [104]
Los intervalos de banda de las células solares de perovskita se pueden ajustar y optimizar para el espectro solar modificando el contenido de haluro en la película (es decir, mezclando I y Br). El límite de eficiencia radiativa límite de Shockley-Queisser , también conocido como límite de equilibrio detallado , [105] [106] es de aproximadamente el 31 % en un espectro solar AM1.5G a 1000 W/m 2 , para un intervalo de banda de perovskita de 1,55 eV. [107] Esto es ligeramente menor que el límite radiativo del arseniuro de galio con intervalo de banda de 1,42 eV, que puede alcanzar una eficiencia radiativa del 33 %.
Los valores del límite de equilibrio detallado están disponibles en forma tabulada [107] y se ha escrito un programa MATLAB para implementar el modelo de equilibrio detallado. [106]
Mientras tanto, se ha descubierto que el modelo de difusión por deriva predice con éxito el límite de eficiencia de las células solares de perovskita, lo que nos permite comprender en profundidad la física del dispositivo, especialmente el límite de recombinación radiativa y el contacto selectivo en el rendimiento del dispositivo. [108] Hay dos requisitos previos para predecir y aproximarse al límite de eficiencia de la perovskita. En primer lugar, la recombinación radiativa intrínseca debe corregirse después de adoptar diseños ópticos que afectarán significativamente el voltaje de circuito abierto en su límite de Shockley-Queisser. En segundo lugar, las características de contacto de los electrodos deben diseñarse cuidadosamente para eliminar la acumulación de carga y la recombinación superficial en los electrodos. Con los dos procedimientos, la predicción precisa del límite de eficiencia y la evaluación precisa de la degradación de la eficiencia de las células solares de perovskita se pueden lograr mediante el modelo de difusión por deriva. [108]
Junto con el análisis detallado del equilibrio y los cálculos de difusión por deriva, se han realizado muchos estudios de principios básicos para encontrar numéricamente las características del material de perovskita. Estos incluyen, entre otros, la banda prohibida, la masa efectiva y los niveles de defectos para diferentes materiales de perovskita. [109] [110] [111] [112] También se han realizado algunos esfuerzos para arrojar luz sobre el mecanismo del dispositivo basándose en simulaciones donde Agrawal et al. [113] sugiere un marco de modelado, [114] presenta un análisis de la eficiencia casi ideal y [115] habla sobre la importancia de la interfaz de la perovskita y las capas de transporte de huecos/electrones.
Además, se ha desarrollado un modelo de circuito para describir las características de densidad de corriente-voltaje de las células solares de perovskita. Sun et al. [116] intentan elaborar un modelo compacto para las diferentes estructuras de la perovskita basándose en datos de transporte experimentales. Minshen Lin et al. propusieron un modelo de diodo modificado para cuantificar la pérdida de eficiencia de las células solares de perovskita. [117]
Las células solares de perovskita funcionan de manera eficiente en una serie de arquitecturas algo diferentes, dependiendo del papel del material de perovskita en el dispositivo o de la naturaleza del electrodo superior e inferior. Los dispositivos en los que las cargas positivas son extraídas por el electrodo inferior transparente (cátodo), se pueden dividir predominantemente en "sensibilizados", donde la perovskita funciona principalmente como un absorbente de luz y el transporte de carga ocurre en otros materiales, o "de película delgada", donde la mayor parte del transporte de electrones o huecos ocurre en la masa de la propia perovskita. De manera similar a la sensibilización en las células solares sensibilizadas con colorante , el material de perovskita se recubre sobre un andamio mesoporoso conductor de carga , más comúnmente TiO 2 , como absorbente de luz. Los electrones fotogenerados se transfieren desde la capa de perovskita a la capa sensibilizada mesoporosa a través de la cual se transportan al electrodo y se extraen al circuito. La arquitectura de la célula solar de película delgada se basa en el hallazgo de que los materiales de perovskita también pueden actuar como conductores de carga ambipolares altamente eficientes. [100]
Después de la absorción de luz y la posterior generación de carga, tanto los portadores de carga negativos como los positivos se transportan a través de la perovskita para cargar contactos selectivos. Las células solares de perovskita surgieron del campo de las células solares sensibilizadas con colorante, por lo que la arquitectura sensibilizada fue la que se utilizó inicialmente, pero con el tiempo se ha vuelto evidente que funcionan bien, si no en última instancia mejor, en una arquitectura de película delgada. [118] Más recientemente, algunos investigadores también demostraron con éxito la posibilidad de fabricar dispositivos flexibles con perovskitas, [119] [120] [121] lo que lo hace más prometedor para la demanda de energía flexible. Ciertamente, el aspecto de la degradación inducida por UV en la arquitectura sensibilizada puede ser perjudicial para el importante aspecto de la estabilidad a largo plazo.
Existe otra clase diferente de arquitecturas, en la que el electrodo transparente en la parte inferior actúa como cátodo al recoger los portadores de carga de tipo p fotogenerados. [122]
La base de datos de perovskita es una base de datos y una herramienta de análisis de datos de investigación sobre células solares de perovskita que integra sistemáticamente más de 15 000 publicaciones, en particular datos de dispositivos sobre "más de 42 400" dispositivos de perovskita. Los autores describieron el sitio de base de datos abierta FAIR (que a partir de enero de 2022 requiere registrarse para acceder a los datos y utiliza software que es parcialmente de código abierto pero que no está marcado como que tiene una licencia de software libre en GitHub [123] ) como una "Wikipedia participativa para la investigación de células solares de perovskita". Permite filtrar y mostrar los datos según varios criterios, como la composición de los materiales o el tipo de componente, y podría, por lo tanto, respaldar el desarrollo de diseños de arquitectura óptimos (incluidos los materiales utilizados). [124] [125]
La selección de alto rendimiento de mezclas y capas de contacto es un mecanismo de desarrollo que se ha utilizado para desarrollar células solares de perovskita relativamente estables. [126]
Los materiales de perovskita son bien conocidos desde hace muchos años, pero la primera incorporación a una célula solar fue reportada por Tsutomu Miyasaka et al. en 2009. [3] Esto se basó en una arquitectura de célula solar sensibilizada con colorante y generó solo un 3,8% de eficiencia de conversión de energía (PCE) con una capa delgada de perovskita sobre TiO 2 mesoporoso como colector de electrones. Además, debido a que se utilizó un electrolito corrosivo líquido, la célula solo fue estable durante unos minutos. Nam-Gyu Park et al. mejoraron esto en 2011, utilizando el mismo concepto de sensibilización con colorante, logrando un 6,5% de PCE. [127]
Un gran avance se produjo en 2012, cuando Mike Lee y Henry Snaith de la Universidad de Oxford se dieron cuenta de que la perovskita era estable si entraba en contacto con un transportador de huecos de estado sólido como el spiro-OMeTAD y no requería la capa mesoporosa de TiO 2 para transportar electrones. [128] [129] Demostraron que se podían lograr eficiencias de casi el 10% utilizando la arquitectura de TiO 2 "sensibilizada" con el transportador de huecos de estado sólido, pero se lograron eficiencias más altas, por encima del 10%, reemplazándolo con un andamio inerte. [130] Experimentos posteriores en los que se reemplazó el TiO 2 mesoporoso con Al 2 O 3 dieron como resultado un mayor voltaje de circuito abierto y una mejora relativa en la eficiencia de un 3-5% más que aquellos con andamios de TiO 2. [56] Esto condujo a la hipótesis de que no se necesita un andamio para la extracción de electrones, lo que más tarde se demostró que era correcto. Esta constatación fue seguida de cerca por una demostración de que la propia perovskita también podía transportar huecos, además de electrones. [131] Se logró una célula solar de perovskita de película fina, sin estructura mesoporosa, con una eficiencia > 10%. [118] [132] [133]
En 2013, tanto las arquitecturas planas como las sensibilizadas experimentaron una serie de avances. Burschka et al. demostraron una técnica de deposición para la arquitectura sensibilizada que superaba el 15 % de eficiencia mediante un procesamiento de solución de dos pasos [134]. Al mismo tiempo, Olga Malinkiewicz et al. y Liu et al. demostraron que era posible fabricar células solares planas mediante coevaporación térmica, logrando una eficiencia superior al 12 % y al 15 % en una arquitectura pin y nip respectivamente [135] [136] [137] Docampo et al. también demostraron que era posible fabricar células solares de perovskita en la arquitectura típica de "célula solar orgánica", una configuración "invertida" con el transportador de huecos debajo y el colector de electrones encima de la película plana de perovskita [ 138] .
En 2014 se informó sobre una gama de nuevas técnicas de deposición y eficiencias aún mayores. Yang Yang de la UCLA afirmó una eficiencia de escaneo inverso del 19,3 % utilizando la arquitectura de película delgada planar. [139] En noviembre de 2014, un dispositivo creado por investigadores de KRICT logró un récord con la certificación de una eficiencia no estabilizada del 20,1 %. [4]
Siguiendo la tendencia, desde 2015 se ha establecido un nuevo récord de eficiencia para una célula solar de perovskita de unión única cada año, y los récords más frecuentes provienen de KRICT y UNIST . [4] Los últimos poseedores de récords son investigadores de UNIST que lograron una eficiencia del 25,7%. [5] También hay esfuerzos centrados en reducir el coste energético, incluido el consorcio del proyecto Apolo en los laboratorios del CEA, que tiene como objetivo reducir el coste del módulo por debajo de 0,40 €/Wp (vatio pico). [ cita requerida ]
Al menos desde 2016, los récords de las células solares en tándem de perovskita y silicio se han mantenido consistentemente más altos que los de las células de unión simple. [4] [140] Desde 2018, los récords han sido batidos indistintamente por Oxford Photovoltaics y los investigadores del Helmholtz-Zentrum Berlin . En 2021, estos últimos lograron la mejor eficiencia hasta el momento: 29,8 %. [6]
Un gran desafío para las células solares de perovskita (PSC) es el aspecto de la estabilidad a corto y largo plazo. [141] La célula solar tradicional de oblea de silicio en una planta de energía puede durar 20-25 años, estableciendo ese período de tiempo como el estándar para la estabilidad de la célula solar. Las PSC tienen grandes dificultades para durar tanto tiempo [196]. La inestabilidad de las PSC está relacionada principalmente con la influencia ambiental (humedad y oxígeno), [142] [143] el estrés térmico y la estabilidad intrínseca de la perovskita basada en metilamonio , [144] [145] [146] y la perovskita basada en formamidinio , [147] el calentamiento bajo voltaje aplicado, [148] la influencia de la foto (luz ultravioleta) [149] (luz visible) [145] y la fragilidad mecánica. [150] Se han realizado varios estudios sobre la estabilidad de las PSC y se ha demostrado que algunos elementos son importantes para la estabilidad de las PSC. [151] [152] Sin embargo, no existe un protocolo estándar de estabilidad "operacional" para las PSC. [149] Pero recientemente se ha propuesto un método para cuantificar la estabilidad química intrínseca de las perovskitas de haluro híbrido. [153]
La solubilidad en agua del componente orgánico del material absorbente hace que los dispositivos sean muy propensos a una rápida degradación en ambientes húmedos. [154] La degradación causada por la humedad se puede reducir optimizando los materiales constituyentes, la arquitectura de la celda, las interfaces y las condiciones ambientales durante los pasos de fabricación. [149] Encapsular el absorbente de perovskita con un compuesto de nanotubos de carbono y una matriz de polímero inerte puede prevenir la degradación inmediata del material por aire húmedo a temperaturas elevadas. [154] [155] Sin embargo, aún no se han demostrado estudios a largo plazo ni técnicas de encapsulación integrales para celdas solares de perovskita. Los dispositivos con una capa mesoporosa de TiO 2 sensibilizada con el absorbente de perovskita también son inestables a los rayos UV , debido a la interacción entre los agujeros fotogenerados dentro del TiO 2 y los radicales de oxígeno en la superficie del TiO 2 . [156]
La conductividad térmica ultra baja medida de 0,5 W / ( Km) a temperatura ambiente en CH3NH3PbI3 puede evitar la propagación rápida del calor depositado por la luz y mantener la celda resistiva a tensiones térmicas que pueden reducir su vida útil. [ 157] Se ha demostrado experimentalmente que el residuo de PbI2 en la película de perovskita tiene un efecto negativo en la estabilidad a largo plazo de los dispositivos. [54] Se afirma que el problema de estabilización se resuelve reemplazando la capa de transporte orgánico con una capa de óxido metálico, lo que permite que la celda retenga el 90% de su capacidad después de 60 días. [158] [159] Además, los dos problemas de inestabilidad se pueden resolver utilizando recubrimientos de fotopolímero fluorado multifuncionales que confieren características luminiscentes y de fácil limpieza en el lado frontal de los dispositivos, al mismo tiempo que forman una barrera fuertemente hidrófoba hacia la humedad ambiental en el lado de contacto posterior. [160] El revestimiento frontal puede evitar que la luz ultravioleta de todo el espectro solar incidente interactúe negativamente con la pila de células solares PSC al convertirla en luz visible, y la capa posterior puede evitar que el agua se filtre dentro de la pila de células solares. Los dispositivos resultantes demostraron una excelente estabilidad en términos de eficiencia de conversión de energía durante una prueba de envejecimiento de 180 días en el laboratorio y una prueba en condiciones reales al aire libre durante más de 3 meses. [160]
En julio de 2015, los principales obstáculos eran que la célula solar de perovskita más grande tenía solo el tamaño de una uña y que se degradaba rápidamente en ambientes húmedos. [161] Sin embargo, investigadores de la EPFL publicaron en junio de 2017 un trabajo que demostró con éxito módulos solares de perovskita a gran escala sin degradación observada durante un año (condiciones de cortocircuito). [162] Ahora, junto con otras organizaciones, el equipo de investigación tiene como objetivo desarrollar una célula solar de perovskita completamente imprimible con un 22% de eficiencia y con un 90% de rendimiento después de las pruebas de envejecimiento. [163]
A principios de 2019, la prueba de estabilidad más larga informada hasta la fecha mostró una salida de potencia constante durante al menos 4000 h de funcionamiento continuo en el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) bajo la iluminación de 1 sol de un simulador solar basado en una lámpara de xenón sin filtrado de luz UV. Sorprendentemente, el recolector de luz utilizado durante la prueba de estabilidad es una perovskita clásica basada en metilamonio (MA), MAPbI 3 , pero los dispositivos no están construidos con una capa selectiva de base orgánica ni con un contacto posterior de metal. En estas condiciones, solo se encontró que el estrés térmico era el principal factor que contribuía a la pérdida de estabilidad operativa en dispositivos encapsulados. [164]
La fragilidad intrínseca del material de perovskita requiere un refuerzo extrínseco para proteger esta capa crucial de las tensiones mecánicas. La inserción de andamios de refuerzo mecánico directamente en las capas activas de las células solares de perovskita dio como resultado que la célula solar compuesta formada exhibiera un aumento de 30 veces en la resistencia a la fractura, reposicionando las propiedades de fractura de las células solares de perovskita en el mismo dominio que las células solares convencionales de c-Si, CIGS y CdTe. [165] Se han desarrollado varios enfoques para mejorar la estabilidad de las células solares de perovskita. [ aclaración necesaria ] Por ejemplo, en 2021 los investigadores informaron que la estabilidad y la confiabilidad a largo plazo de las células solares de perovskita se mejoraron con un nuevo tipo de "pegamento molecular" . [166] [167]
A partir de 2021, las pruebas de estabilidad existentes para paneles solares y sistemas de células solares están diseñadas únicamente para aquellos que contienen obleas de silicio. Como tal, estas pruebas, producidas por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), han sido reevaluadas por su falta de idoneidad. En la Cumbre Internacional sobre Estabilidad FV Orgánica (ISOS), se crearon controles de estabilidad para el desarrollo en laboratorio de todas las células solares, pero estos no fueron adoptados por la IEC. Estas pruebas no son criterios de aprobación o rechazo, sino que evalúan las diversas causas de los problemas de estabilidad de las células solares para erradicarlos. Se agrupan en cinco categorías: pruebas de almacenamiento en oscuridad, pruebas al aire libre, pruebas de inmersión en luz , pruebas de ciclo térmico y pruebas de ciclo térmico de luz-humedad. En estas pruebas, los gráficos de datos de PCE y JV de las PSC se calcularon entre diferentes condiciones físicas para determinar las diversas causas de degradación de las PSC. [168]
En general, estas pruebas ISOS ayudaron a determinar las causas de la degradación de las PSC, que se encontró que incluían la exposición prolongada a la luz visible y ultravioleta, la contaminación ambiental, las altas temperaturas y los sesgos eléctricos. Después de 200 ciclos de temperatura, las PSC 2020 aún conservaban el 90% de su potencia, lo que indica que son capaces de estabilidad a corto plazo. Ahora, lo que queda por investigar es la estabilidad a largo plazo y qué avances materiales podrían aplicarse para aumentar estos 200 ciclos de temperatura (días) a 20-25 años. [168]
La introducción de la capa interfacial Al2O3 / NiO no solo mejora la calidad cristalina de las películas de perovskita con un gran tamaño de grano y mejora el transporte de carga, sino que también restringe eficazmente la recombinación de portadores, pero las PSC que utilizan esta interfaz aún tienen problemas de inestabilidad debido a la migración de iones y la inestabilidad de los cristales de perovskita. [ 169] [170] Para resolver el problema, los compuestos de perovskita/Ag-rGO en la capa activa se pueden utilizar para mejorar la estabilidad de las PSC y lograr un alto rendimiento simultáneamente. [171] La capa de Ag-rGO puede actuar como una capa de pasivación de superficie, reduciendo los defectos y los estados de trampa en la superficie de la capa de perovskita, lo que minimiza la recombinación no radiactiva y mejora el rendimiento y la estabilidad. Además, la capa compuesta de perovskita/Ag-rGO puede actuar como una barrera, evitando que la humedad entre en la capa de perovskita y protegiéndola de la degradación debido a los efectos ambientales. En las mediciones de captación de luz, las PSC de perovskita/Ag-grafeno muestran un valor de eficiencia de conversión fotón-electrón monocromática incidente (IPCE) más alto que las PSC tradicionales en el rango de luz visible. [172] [173] La curva de corriente-voltaje de las PSC también muestra la ausencia de efecto de histéresis que es común en las PSC tradicionales. [173] Las PSC de perovskita/Ag-grafeno también exhiben mejor estabilidad térmica al envejecimiento a 90 grados Celsius y mejor fotoestabilidad bajo iluminación de luz continua. [173] Sin embargo, el voltaje de circuito abierto V oc y el factor de llenado (FF) disminuyen como compensación. Para abordar la pérdida de V oc y FF, se elige una capa compuesta de SrTiO 3 /TiO 2 para superar este problema de bajo V oc . [174] Al elegir SrTiO 3 /TiO 2 como material de captación de luz, se espera lograr una alta estabilidad, así como un alto V oc . [175]
Otro problema central en el desarrollo, producción y uso de células solares de perovskita es su reciclabilidad. El reciclaje de perovskita es una necesidad absoluta debido a la presencia de plomo en las perovskitas. El uso de este elemento significa que simplemente desechar células solares de perovskita en vertederos sería un gran peligro para la salud debido a la escorrentía de plomo y la toxicidad tanto para los cuerpos de agua como para la salud humana [195]. Los diseños y procesos o protocolos para un reciclaje eficiente reducirían los impactos ambientales negativos, la explotación de materiales críticos, los impactos en la salud y los requisitos de energía más allá de lo que se puede lograr con aumentos en la vida útil del dispositivo. [176] [177] [178] En una revisión, los científicos concluyeron que "las tecnologías de reciclaje y recuperación de células solares de perovskita deben investigarse y desarrollarse de manera proactiva". [176] Algunos aspectos de la reciclabilidad y las tasas de reciclaje dependen del diseño de los productos diseminados. La investigación y el desarrollo científicos pueden no verse facilitados por el diseño para la reciclabilidad; en cambio, la mayoría de los científicos principalmente "observan el rendimiento" - "la eficiencia y la estabilidad de la conversión de energía" y a menudo "descuidan el diseño para el reciclaje". [179]
En 2021, muchas células solares implementadas en el año 2000 se están acercando al final de su vida útil. Por ello, la investigación sobre el reciclaje de perovskitas es crucial. Un componente de las perovskitas difícil de reciclar es el plomo. Actualmente, producir 1 GW de energía utilizando la célula solar de perovskita más eficiente daría como resultado 3,5 toneladas de residuos de plomo. La principal estrategia que se utiliza en este momento para mitigar la contaminación por plomo es el funcionamiento de la célula solar. Se utilizan ácido P,P'-di(2-etilhexil)metanodifosfónico y resina de intercambio catiónico de ácido sulfónico que absorben plomo para evitar fugas de plomo debido a cualquier daño que puedan sufrir los paneles solares durante su uso 195. [ cita requerida ]
Se están realizando investigaciones para descubrir formas de reducir el impacto del plomo más allá de la simple prevención de fugas de plomo. Se ha descubierto que la resina de intercambio catiónico de ácido carboxílico adsorbe iones de plomo a través del intercambio iónico con hidrógeno, y estos iones se pueden liberar fácilmente mediante la recristalización al agregar yoduro de sodio a la solución acuosa. Se descubrió que este proceso es de bajo costo en comparación con otras técnicas de reciclaje de plomo existentes y, en teoría, podría implementarse comercialmente. [180]
Recientemente, dado que la eficiencia de la mejor célula solar de perovskita alcanzó el 25,5%, comparable a las mejores células fotovoltaicas hechas de silicio monocristalino, es optimista que las células fotovoltaicas de perovskita sean comerciales en el futuro. [181] Por lo tanto, el reciclaje de los conductores de plomo y transparentes es esencial para el desarrollo de células fotovoltaicas de perovskita, ya que el primero reduce el impacto ambiental dañino y el segundo reduce los costos. El disolvente orgánico como la dimetilformamida (DMF) se utiliza en la investigación para disolver el Pb y separar el ITO/vidrio, luego la resina de intercambio catiónico de ácido carboxílico, en esta investigación se utiliza WAC-gel debido a su mejor rendimiento, se utiliza para absorber iones de Pb en el DMF y liberarlo en forma de Pb(NO 3 ) 2 . Al agregar NaI a la solución, el PbI 2 puede precipitar y reciclarse. Las propiedades de los materiales reciclados se analizan en el sentido de que tanto el PbI2 como el ITO/vidrio tienen el mismo rendimiento que los nuevos, y la eficiencia de reciclaje alcanzó el 99,2%. [180] Además, el análisis de costos muestra que los módulos solares basados en reciclaje cuestan alrededor de $12 por metro cuadrado, mientras que los basados en materiales nuevos cuestan alrededor de $24,8 por metro cuadrado. [182] Desde una perspectiva tanto ambiental como económica, es beneficioso reciclar las células fotovoltaicas de perovskita.
Otro desafío importante para las células solares de perovskita es la observación de que los escaneos de corriente-voltaje producen valores de eficiencia ambiguos. [183] [184] La eficiencia de conversión de energía de una célula solar generalmente se determina caracterizando su comportamiento de corriente-voltaje (IV) bajo iluminación solar simulada. Sin embargo, a diferencia de otras células solares, se ha observado que las curvas IV de las células solares de perovskita muestran un comportamiento histérico : dependiendo de las condiciones de escaneo, como la dirección de escaneo, la velocidad de escaneo, la absorción de luz, la polarización, existe una discrepancia entre el escaneo de polarización directa a cortocircuito (FB-SC) y el escaneo de cortocircuito a polarización directa (SC-FB). [183] Se han propuesto varias causas, como el movimiento de iones , la polarización , los efectos ferroeléctricos , el llenado de estados de trampa , [184] sin embargo, el origen exacto del comportamiento histérico aún está por determinar. Pero parece que determinar la eficiencia de la célula solar a partir de curvas IV corre el riesgo de producir valores inflados si los parámetros de escaneo exceden la escala de tiempo que el sistema de perovskita requiere para alcanzar un estado estable electrónico . Se han propuesto dos posibles soluciones: Unger et al. muestran que los escaneos de voltaje extremadamente lentos permiten que el sistema se asiente en condiciones de estado estable en cada punto de medición, lo que elimina así cualquier discrepancia entre el escaneo FB-SC y el escaneo SC-FB. [184] Las condiciones de estado estable con escaneos de voltaje extremadamente lentos se pueden simular mediante los solucionadores de difusión de deriva SolarDesign [185] e IonMonger. [186]
Henry Snaith et al. han propuesto la "potencia de salida estabilizada" como una métrica para la eficiencia de una célula solar. Este valor se determina manteniendo el dispositivo probado a un voltaje constante alrededor del punto de máxima potencia (donde el producto del voltaje y la fotocorriente alcanza su valor máximo) y rastreando la potencia de salida hasta que alcanza un valor constante. Se ha demostrado que ambos métodos producen valores de eficiencia más bajos en comparación con las eficiencias determinadas por escaneos IV rápidos. [183] [184] Sin embargo, se han publicado estudios iniciales que muestran que la pasivación de la superficie del absorbente de perovskita es una vía con la que los valores de eficiencia se pueden estabilizar muy cerca de las eficiencias de escaneo rápido. [187] [188] No se observó ninguna histéresis obvia de la fotocorriente al cambiar las tasas de barrido o la dirección en los dispositivos o las tasas de barrido. Esto indica que el origen de la histéresis en la fotocorriente es más probable debido a la formación de trampas en algunas películas no optimizadas y procesos de fabricación de dispositivos. La mejor manera de examinar la eficiencia de un dispositivo de células solares es medir su potencia de salida en el punto de carga. Si hay una gran densidad de trampas en los dispositivos o histéresis de la fotocorriente por otras razones, la fotocorriente aumentaría lentamente al encender la iluminación [122]. Esto sugiere que las interfaces podrían desempeñar un papel crucial con respecto al comportamiento IV histérico, ya que la principal diferencia de la arquitectura invertida con respecto a las arquitecturas regulares es que se utiliza un contacto orgánico de tipo n en lugar de un óxido metálico.
La ambigüedad en la determinación de la eficiencia de las células solares a partir de las características de corriente-voltaje debido a la histéresis observada también ha afectado al proceso de certificación realizado por laboratorios acreditados como NREL . La eficiencia récord del 20,1% para células solares de perovskita aceptada como valor certificado por NREL en noviembre de 2014, ha sido clasificada como "no estabilizada". [4] Para poder comparar los resultados de diferentes instituciones, es necesario acordar un protocolo de medición confiable, como lo proponen Zimmermann et al. [189] con el código Matlab correspondiente en GitHub. [190]
En 2021, se ha comprobado que la eficiencia de conversión de potencia máxima registrada es del 25,6 %. Esto se hizo utilizando una perovskita de haluro metálico de yoduro de plomo y formamidinio. Se bombearon aniones a perovskitas de alta eficiencia existentes y funcionaron para rellenar los huecos causados por agujeros atrapados en la celda fotovoltaica. Además, se comprobó que esta celda era estable hasta 450 horas, lo que se considera estabilidad a largo plazo. Por último, este dispositivo sirvió para demostrar que otros aniones distintos de los iones de yodo y bromo pueden ser bombardeados en los huecos de las celdas fotovoltaicas, rompiendo una tendencia que evidentemente obstaculizaba la investigación anterior [198]. [ cita requerida ]
Una celda de perovskita combinada con una celda inferior como Si o seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) como un diseño en tándem puede suprimir los cuellos de botella de las celdas individuales y aprovechar sus características complementarias para mejorar la eficiencia. [191] Estos tipos de celdas tienen un mayor potencial de eficiencia y, por lo tanto, han atraído la atención de los investigadores académicos. [192] [193] [194]
Utilizando una configuración de cuatro terminales en la que las dos subceldas están aisladas eléctricamente, Bailie et al. [195] obtuvieron una celda tándem con eficiencia de 17% a 18,6% con celdas inferiores de mc-Si (η ~ 11%) y de seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS, η ~ 17%), respectivamente. También se ha obtenido una celda tándem con eficiencia de 13,4% con una celda inferior de heterojunción a-Si:H/c-Si altamente eficiente utilizando la misma configuración. [196] La aplicación de electrodos transparentes basados en TCO a celdas de perovskita permitió fabricar dispositivos transparentes de infrarrojo cercano con eficiencia mejorada y menores pérdidas de absorción parásita. [197] [198] [199] [200] [201] La aplicación de estas celdas en tándems de 4 terminales permitió mejorar las eficiencias hasta en un 26,7% al usar una celda inferior de silicio [200] [202] y hasta en un 23,9% con una celda inferior CIGS. [203] En 2020, los equipos de KAUST - Universidad de Toronto informaron de una eficiencia del 28,2% en las celdas solares en tándem de perovskita/silicio de cuatro terminales. [204] Para lograr estos resultados , el equipo utilizó electrodos transparentes de In2O3 dopados con Zr en celdas superiores de perovskita semitransparentes , introducidos previamente por Aydin et al. , [201] que mejoraron la respuesta del infrarrojo cercano de las celdas inferiores de silicio al utilizar electrodos de In2O3 dopados con H transparentes de banda ancha . El equipo también mejoró la longitud de difusión de electrones (hasta 2,3 μm) gracias a la pasivación de base de Lewis a través de urea. La eficiencia récord de los tándems de perovskita/silicio se sitúa actualmente en el 28,2%.
Mailoa et al. iniciaron la carrera de eficiencia para tándems monolíticos de 2 terminales utilizando una celda inferior de c-Si de homojunción, demostrando una celda de eficiencia del 13,7 %, limitada en gran medida por pérdidas de absorción parásitas. [205] Luego, Albrecht et al. desarrollaron celdas de perovskita procesadas a baja temperatura utilizando una capa de transporte de electrones de SnO 2 . Esto permitió el uso de celdas solares de heterojunción de silicio como celdas inferiores, con una eficiencia de celda tándem de hasta el 18,1 %. [206] Werner et al. luego mejoraron este rendimiento reemplazando la capa de SnO 2 con PCBM e introduciendo un método de deposición híbrida secuencial para el absorbedor de perovskita, lo que llevó a una celda tándem con una eficiencia del 21,2 %. [207] Importantes pérdidas de absorción parásita debido al uso de Spiro-OMeTAD todavía limitaban el rendimiento general. Bush et al. demostraron un cambio importante, quienes invirtieron la polaridad de la celda superior (nip a pin). Utilizaron una bicapa de SnO2 y óxido de zinc y estaño (ZTO) procesada por ALD para que funcionara como una capa amortiguadora de pulverización catódica, que depositó una parte superior transparente de un electrodo de óxido de indio y estaño (ITO). Este cambio ayudó a mejorar la estabilidad ambiental y térmica de la celda de perovskita [208] y fue crucial para mejorar aún más el rendimiento del tándem perovskita/silicio al 23,6 %. [209]
Mientras tanto, utilizando una celda superior de perovskita de pin, Sahli et al . demostraron en junio de 2018 una celda tándem monolítica completamente texturizada con una eficiencia del 25,2%, certificada independientemente por Fraunhofer ISE CalLab. [210] Esta eficiencia mejorada se puede atribuir en gran medida a las pérdidas de reflexión enormemente reducidas (por debajo del 2% en el rango de 360 nm-1000 nm, excluida la metalización) y las pérdidas de absorción parásitas reducidas, lo que lleva a corrientes de cortocircuito certificadas de 19,5 mA/cm2 . También en junio de 2018, la empresa Oxford Photovoltaics presentó una celda con una eficiencia del 27,3%. [211] En marzo de 2020, los equipos de KAUST - Universidad de Toronto informaron en la revista Science sobre dispositivos tándem con películas de perovskita fundidas por centrifugado en celdas inferiores completamente texturizadas con una eficiencia del 25,7%. [212] Los equipos de investigación muestran un esfuerzo por utilizar más técnicas escalables basadas en soluciones en celdas inferiores texturizadas. En consecuencia, un equipo colaborativo de la Universidad de Carolina del Norte y la Universidad Estatal de Arizona informaron sobre tándems basados en perovskita recubiertos con cuchillas . [ cita requerida ] Después de esto, en agosto de 2020, el equipo de KAUST demostró los primeros tándems basados en perovskita recubiertos con matriz de ranura, lo que fue un paso importante para el procesamiento acelerado de tándems. [213] En septiembre de 2020, Aydin et al. mostraron las corrientes de cortocircuito certificadas más altas de 19,8 mA/cm 2 en celdas inferiores de silicio totalmente texturizadas. [214] Además, Aydin et al . mostraron los primeros resultados de rendimiento al aire libre para células solares en tándem de perovskita/silicio, lo que fue un obstáculo importante para las pruebas de confiabilidad de dichos dispositivos. [214] En diciembre de 2021, el equipo de KAUST actualizó el PCE certificado campeón al 28,2%. [215] La eficiencia récord para los tándems de perovskita/silicio se sitúa actualmente en el 29,8% a diciembre de 2021. [4] [216]
Para investigar posibles candidatos a perovskitas totalmente en tándem de una manera eficiente y económica, se ha implementado un software de simulación. Shankar et al. [217] publicaron un artículo en 2022 en el que detallaban el uso del software Solar Cell Capacitance Simulator – One Dimensional. Este software permite al usuario variar los parámetros y propiedades del dispositivo para optimizar el rendimiento. Los resultados de esta investigación de simulación han mostrado eficiencias de hasta el 30 % para una brecha de banda de 1,4 eV, que resultó de aumentar la eficiencia cuántica externa al 95 % mediante el dopaje de la capa de transporte. [218] Shankar et al simularon una eficiencia del 32,3 % alterando el material y el grosor de las capas de transporte de electrones y de transporte de huecos. Esta eficiencia simulada representa un aumento del 37 % en el trabajo simulado hasta el momento y se obtuvo tras la optimización del trabajo realizado por Zhao et al. en células solares en tándem totalmente de perovskita de dos terminales.
En mayo de 2016, IMEC y su socio Solliance anunciaron una estructura en tándem con una celda de perovskita semitransparente apilada sobre una celda de silicio con contacto posterior. [219] Se informó una eficiencia de conversión de energía combinada del 20,2%, con un potencial que se afirma que supera el 30%.
En 2016, el desarrollo de materiales de perovskita eficientes de banda prohibida baja (1,2 - 1,3 eV) y la fabricación de dispositivos eficientes basados en estos permitieron un nuevo concepto: células solares en tándem totalmente de perovskita, donde dos compuestos de perovskita con diferentes bandas prohibidas se apilan uno sobre el otro. Los primeros dispositivos de dos y cuatro terminales con esta arquitectura reportados en la literatura lograron eficiencias del 17% y 20,3% respectivamente. [220] Además, convertir la perovskita de bromuro de yoduro de plomo y cesio de formamidinio en células en tándem de cuatro terminales podría lograr una eficiencia que oscila entre el 19,8% y el 25,2%, dependiendo de los parámetros de las mediciones. [221] Las células en tándem totalmente de perovskita ofrecen la perspectiva de ser la primera arquitectura totalmente procesable en solución que tiene una ruta clara para superar no solo las eficiencias del silicio, sino también las de GaAs y otras células solares semiconductoras III-V costosas.
En 2017, Dewei Zhao et al. fabricaron células solares de perovskita (PVSC) mixtas de Sn-Pb con un ancho de banda reducido (~1,25 eV) y un espesor de 620 nm, lo que permite que los granos más grandes y la mayor cristalinidad extiendan la vida útil de los portadores a más de 250 ns, alcanzando una eficiencia de conversión de potencia (PCE) máxima del 17,6 %. Además, esta PVSC de ancho de banda reducido alcanzó una eficiencia cuántica externa (EQE) de más del 70 % en el rango de longitud de onda de 700 a 900 nm, la región espectral infrarroja esencial donde la luz solar se transmite a la célula inferior. También combinaron la célula inferior con una célula superior de perovskita con un ancho de banda reducido de ~1,58 eV para crear una célula solar en tándem totalmente de perovskita con cuatro terminales, obteniendo una PCE en estado estable del 21,0 %, lo que sugiere la posibilidad de fabricar células solares en tándem totalmente de perovskita de alta eficiencia. [222]
Un estudio de 2020 muestra que los tándems de perovskita tienen huellas de carbono mucho menores que los tándems de silicio-perovskita. [223]
Además, en 2020, las eficiencias de los tándems de perovskita alcanzaron un nuevo pico de 24,2 % de eficiencia para celdas solares de 1 cm2 . Este valor fue medido y registrado por los Laboratorios de Tecnología Ambiental y de Seguridad Eléctrica de Japón, y se alcanzó pasivando los defectos en los límites de grano de la perovskita de plomo-estaño tradicional utilizando moléculas zwitteriónicas . Estas inhiben la oxidación de iones de estaño, un proceso que reduce la eficiencia de la celda solar al aumentar la densidad de trampas y evitar la difusión. La introducción de antioxidantes zwitteriónicos aumenta enormemente la eficiencia de estos dispositivos mientras que solo permite una degradación adicional del 2 %. La adición de sustancias zwitteriónicas también requiere el uso de un entorno rico en ácido sulfínico de formamidino, que cataliza las reacciones necesarias para permitir el transporte de carga entre las celdas solares.
En noviembre de 2022, la eficiencia del tándem totalmente de perovskita alcanzó un nuevo récord del 27,4 %. [224] Esto rompe el récord de 2020 para células solares de 1 cm2 , y fue logrado por un equipo conjunto de la Universidad Northwestern, la Universidad de Toronto y la Universidad de Toledo. Esta célula además rompió el récord anterior de Voc para tándems totalmente de perovskita. [ cita requerida ] Esta misma célula fue certificada por NREL con un PCE del 26,3 % y un Voc de 2,13 V. Esto marca el "primer tándem totalmente de perovskita certificado que supera el récord de PCE (25,7 %) de las células solares de perovskita de unión simple". (AUTHOR NAMES ET AL) han encontrado áreas de mejora en los valores de Jsc que sitúan la eficiencia del 30 % en el futuro cercano. [ cita requerida ]
La primera fábrica que produce células solares de perovskita fue inaugurada en mayo de 2021 en Wrocław por Saule Technologies. [225] A partir de 2021 [update]hay un poco de fabricación en Polonia y China, [226] pero el despliegue a gran escala se ve frenado por la inestabilidad y una vida útil más corta. [227] Sin embargo, las empresas esperan tener productos en tándem de perovskita sobre silicio en el mercado con una garantía de 25 años en algún momento de mediados de la década de 2020. [228] Pueden ayudar a cumplir los altos objetivos de nueva energía solar en la India . [229] La energía fotovoltaica integrada en edificios es un posible área de comercialización y, aunque todavía existen preocupaciones relacionadas con la estabilidad, [227] en 2021 un edificio en Lublin se convirtió en el primero en estar revestido con paneles solares de perovskita, lo que marcó el primer uso comercial de la perovskita. [230]
La Oficina de Tecnologías de Energía Solar (SETO) del Departamento de Energía de Estados Unidos es una organización gubernamental que invierte en la investigación y el desarrollo de tecnologías solares de perovskita. Ha identificado varias áreas clave de mejora para que las células solares de perovskita desempeñen un papel en el futuro de las tecnologías fotovoltaicas.
Las cuatro áreas objetivo para la mejora son la estabilidad y la durabilidad, la eficiencia de conversión de energía a escala, la capacidad de fabricación y la validación y financiabilidad de la tecnología. [231] El primer y el tercer punto se abordan anteriormente en las secciones Procesamiento y Escalabilidad.
La eficiencia de conversión de energía a gran escala sigue siendo un problema porque no se han probado las eficiencias de laboratorio para dispositivos de área pequeña en dispositivos de mayor escala. Los dispositivos de pequeña escala actuales pueden encontrar uso en tecnologías móviles y de respuesta a desastres debido a su peso ligero, flexibilidad y relación potencia-peso , pero será necesario realizar pruebas a gran escala antes de que la industria energética adopte esta tecnología a nivel de red.
El área de desarrollo de validación y comercialización de tecnología apunta a la voluntad de las instituciones financieras de colaborar con estas tecnologías. Esto requerirá una estandarización de los protocolos de prueba y un aumento de los datos de campo disponibles. La degradación de las células solares de perovskita hace que los métodos de prueba fotovoltaica actuales sean poco realistas para predecir el rendimiento en aplicaciones del mundo real. Para abordar estas preocupaciones en la adopción de la tecnología de perovskita, SETO ha financiado el Centro de Validación y Bancabilidad del Acelerador Fotovoltaico de Perovskita para Tecnologías Comercializadoras (PACT). PACT establecerá pruebas de campo y de laboratorio estandarizadas y realizará estudios de bancabilidad para garantizar que la tecnología de perovskita esté lista para la comercialización. SETO también publicó objetivos de rendimiento para dirigir la investigación y verificar que los proyectos sean relevantes para el desarrollo de la comercialización.