La combinación de factores de estrés, clave para probar las células solares de perovskita

La combinación de factores de estrés, clave para probar las células solares de perovskita

Fecha publicada: 12 Septiembre, 2023

Según investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de EE.UU., las células solares de perovskita deben someterse simultáneamente a una combinación de pruebas de estrés para predecir mejor su funcionamiento en exteriores.

Las células solares deben soportar una serie de duras condiciones -a menudo con combinaciones variables de factores de estrés cambiantes- para juzgar su estabilidad, pero la mayoría de los investigadores realizan estas pruebas en interiores con unas pocas condiciones de estrés fijas. Aunque estas pruebas aportan información necesaria, es fundamental saber qué factores de estrés aplicados durante las pruebas en interiores proporcionan correlaciones predictivas con el funcionamiento en exteriores.

“Debemos comprender el rendimiento de las células solares de perovskita en el exterior, en condiciones reales, para acercar esta tecnología a la comercialización”, afirma Kai Zhu, científico principal del Centro de Química y Nanociencia del NREL. “Por eso hemos identificado protocolos de pruebas aceleradas que pueden realizarse en el laboratorio para revelar cómo funcionarían estas células después de seis meses en funcionamiento en el exterior”.

Zhu es el autor principal de un artículo publicado recientemente, “Towards linking lab and field lifetimes of perovskite solar cells“, que aparece en la revista Nature. Sus coautores del NREL son Qi Jiang, Robert Tirawat, Ross Kerner, E. Ashley Gaulding, Jimmy Newkirk y Joseph Berry. Otros coautores son de la Universidad de Toledo, que ha colaborado con Zhu en otros trabajos recientes sobre perovskitas.

Las condiciones exteriores, como la humedad, el calor e incluso la luz, someten a estrés a las células solares. Como resultado, la eficiencia de las células solares disminuye y la producción de energía se reduce con el tiempo. Para alcanzar los objetivos de fiabilidad necesarios para comercializar la tecnología de la perovskita, primero hay que establecer protocolos que permitan validar y comparar fácilmente las mejoras de distintos grupos.

Los investigadores tienden a probar la estabilidad de las células solares de perovskita exponiéndolas a la luz y a bajas temperaturas. Sin embargo, existe un amplio abanico de condiciones de ensayo, lo que dificulta la comparación de los distintos estudios y el discernimiento de su relevancia para lograr la fiabilidad necesaria para la comercialización.

El equipo de investigación dirigido por el NREL sometió las células solares de perovskita a una batería de pruebas. Durante la prueba de estabilidad operativa, las células conservaron más del 93% de su eficiencia máxima tras unas 5.030 horas de funcionamiento continuo. Las células se sometieron a ciclos térmicos, con temperaturas que oscilaban repetidamente entre -40 y 85 grados centígrados. Tras 1.000 ciclos, las células mostraron una degradación media de alrededor del 5%.

Las pruebas abordaron diferentes factores de estrés, como la luz y el calor, por separado. Sin embargo, en condiciones reales, estos factores individuales actúan simultáneamente para afectar al rendimiento de las células solares. Cuando se combinan, por ejemplo, la luz y el calor aceleran significativamente la degradación del rendimiento o causan nuevos problemas que, de otro modo, no existían o se producían a un ritmo más lento al realizar las pruebas por separado.

Los investigadores concluyeron que la alta temperatura y la iluminación son la combinación de factores de estrés más importante para entender el rendimiento de una célula solar de perovskita en exteriores.

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