Valencià:
Un estudi del Grup de Semiconductors Avançats (GAS) liderat per la investigadora Sofia Masi i el professor de Física Ivan Mora Seró, en col·laboració amb el Grup de Química Quàntica del professor Juan Ignacio Climente de la Universitat Jaume I (UJI), ha aconseguit perovskites més estables que milloraran el desenvolupament de la nova generació de cèl·lules per produir energia solar d’alta eficiència i baix cost. Aquest treball s’ha dut a terme en el marc de la European Consolidator Grant No Limit, atorgada pel European Research Council (ERC), i les seues conclusions s’han publicat en ACS Energy Letters.
La limitació principal de les cèl·lules solars de perovskita és la baixa estabilitat en condicions ambientals i el grup de recerca GAS de l’UJI, integrat en l’Institut Universitari de Materials Avançats (INAM), ha obtingut en aquesta recerca cèl·lules solars de perovskita més estables: «Els dispositius que hem fabricat als nostres laboratoris mantenen la seua eficiència inicial després de 720 hores de prova en condicions ambientals i, d’aquesta manera, s’aproximen als estàndards d’estabilitat industrial», assegura el coordinador del grup i líder de No Limit, Ivan Mora Seró.
La perovskita ha de ser capaç d’absorbir tanta energia solar com siga possible per a ser més eficient, és a dir, tindre un grup de banda baix. La investigadora de l’INAM Sofia Masi explica que entre les diferents perovskites, la més prometedora, «és la fase negra del formamidini-plom-iodur, però, també és la menys estable en l’aire perquè ràpidament es transforma en una fase groga no perovskita. Per això, en aquest punt és on vam intervenir utilitzant punts quàntics de sulfur de plom com a material incrustat en la matriu absorbent de perovskita».
L’enfocament original que utilitzen els investigadors de l’INAM a l’UJI explota tècniques avançades de fabricació i caracterització de dispositius i càlculs teòrics, coordinats pel grup de Juan Ignacio Climente, per estudiar els mecanismes que hi ha darrere de la millora de l’estabilitat dels materials actius utilitzats en la nova generació de dispositius solars. El professor del Departament de Física de l’Escola Superior de Tecnologia i Ciències Experimentals (ESTCE) de l’UJI assevera que l’estabilitat més gran del material «es deu al doble paper beneficiós del sulfur de plom. D’una banda, afavoreix el creixement de la fase cristal·lina fotoactiva de la perovskita i, de l’altra, els enllaços químics entre els punts quàntics l’estabilitzen. Aquests fenòmens no són observats en cèl·lules lliures de sulfur de plom».
Aquest treball també demostra el paper beneficiós del sulfur de plom en el procés d’escalat de cèl·lules solars perovskites de cara a la seua comercialització: mitjançant la fabricació de cèl·lules amb amb aquest material, la temperatura baixa fins a 85° C, una xifra significativament inferior a aquella que s’utilitza per als dispositius estàndard, fixada en els 150° C i, per tant, amb més atractiu per a aplicacions industrials.
COMERCIALITZACIÓ DE TECNOLOGIES D’ENERGIA NETA
La investigació del grup GAS de l’INAM obre el camí cap a cèl·lules solars de perovskita d’alta eficàcia amb estabilitat que s’acosten als estàndards de la indústria. En tecnologies d’energia neta, l’alta eficiència, el baix cost i la vida llarga dels dispositius són factors crucials per aconseguir una comercialització i una implementació generalitzada.
L’ús de perovskita a les cèl·lules solars, prometedor per la seua alta fotoactivitat i eficiència de conversió de llum solar en energia, té una forta limitació: l’eficiència es degrada bruscament en l’aire i, actualment, aquest és l’obstacle principal per a la comercialització de tecnologies basades en la llum solar. Tanmateix, com apunta la investigadora de l’INAM, membre del Grup en Semiconductors Avançats de l’UJI Sofia Masi: «El nostre estudi demostra que aquest límit es pot superar amb una acurada integració de punts quàntics a les cèl·lules solars, tot optimitzant les quantitats i els tipus de materials a combinar per tal de produir cèl·lules solars de perovskites eficients i estables».
Iván Mora Seró és professor del Departament de Física de la Universitat Jaume I i investigador principal del Grup de Semiconductors Avançats (GAS) de l’Institut Universitari de Materials Avançats. La seua recerca s'ha centrat en el creixement de cristalls, els dispositius nanoestructurats, les propietats de transport i recombinació, la fotocatàlisi, la caracterització elèctrica de sistemes fotovoltaics, electrocròmics i de divisió d'aigua, fent tant treballs experimentals com teòrics. La seua activitat de recerca recent se centra en nous conceptes per a la conversió fotovoltaica i l'emissió de llum (LED i amplificadors de llum) basats en dispositius nanomètrics i materials semiconductors seguint dues línies principals: punts quàntics semiconductors i perovskites d'halur. Aquesta última línia és, probablement, la més capdavantera en el desenvolupament de nous dispositius optoelectrònics. En la convocatòria de 2016, Mora Seró va aconseguir una Consolidator Grant del Consell Europeu d’Investigació (ERC) de dos milions d’euros per a desenvolupar el seu projecte No Limit durant cinc anys.
Més informació:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b02450

Español:
Un estudio del Grupo de Semiconductores Avanzados (GAS) liderado por la investigadora Sofia Masi y el profesor de Física Ivan Mora Seró, en colaboración con el Grupo de Química Cuántica del profesor Juan Ignacio Climente de la Universitat Jaume I (UJI), ha conseguido perovskitas más estables que mejorarán el desarrollo de la nueva generación de células para producir energía solar de alta eficiencia y bajo coste. Este trabajo se ha llevado a cabo en el marco de la European Consolidator Grant No Limit, otorgada por el European Research Council (ERC) y sus conclusiones se han publicado en ACS Energy Letters.
La limitación principal de las células solares de perovskita es la baja estabilidad en condiciones ambientales, y el grupo de investigación GAS de la UJI, integrado en el Instituto Universitario de Materiales Avanzados (INAM), ha obtenido en esta investigación células solares de perovskita más estables: «Los dispositivos que hemos fabricado en nuestros laboratorios mantienen su eficiencia inicial después de 720 horas de prueba en condiciones ambientales y, de este modo, se aproximan a los estándares de estabilidad industrial», asegura el coordinador del grupo y líder de No Limit, Ivan Mora Seró.
La perovskita tiene que ser capaz de absorber tanta energía solar como sea posible para ser más eficiente, es decir, tener un grupo de banda bajo. La investigadora del INAM Sofia Masi explica que entre las diferentes perovskitas, la más prometedora, «es la fase negra del formamidinio-plomo-yoduro, pero también es la menos estable en el aire porque rápidamente se transforma en una fase amarilla no perovskita. Por eso, en este punto es donde intervinimos utilizando puntos cuánticos de sulfuro de plomo como material incrustado en la matriz absorbente de perovskita».
El enfoque original que utilizan los investigadores del INAM en la UJI explota técnicas avanzadas de fabricación y caracterización de dispositivos y cálculos teóricos, coordinados por el grupo de Juan Ignacio Climente, para estudiar los mecanismos que hay detrás de la mejora de la estabilidad de los materiales activos utilizados en la nueva generación de dispositivos solares. El profesor del Departamento de Física de la Escuela Superior de Tecnología y Ciencias Experimentales (ESTCE) de la UJI asevera que la estabilidad más grande del material «se debe al doble papel beneficioso del sulfuro de plomo. Por un lado, favorece el crecimiento de la fase cristalina fotoactiva de la perovskita y, por otro, los enlaces químicos entre los puntos cuánticos lo estabilizan. Estos fenómenos no son observados en células libres de sulfuro de plomo».
Este trabajo también demuestra el papel beneficioso de sulfuro de plomo en el proceso de escalado de células solares de perovskita de cara a su comercialización: mediante la fabricación de células con este material, la temperatura baja hasta 85 °C, una cifra significativamente inferior a aquella que se utiliza para los dispositivos estándares, fijada en los 150 °C y, por tanto, con más atractivo para aplicaciones industriales.
COMERCIALIZACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE ENERGÍA LIMPIA
La investigación del grupo GAS del INAM abre el camino hacia células solares de perovskita de alta eficacia con estabilidad que se acercan a los estándares de la industria. En tecnologías de energía limpia, la alta eficiencia, el bajo coste y la vida larga de los dispositivos son factores cruciales para conseguir una comercialización y una implementación generalizada.
El uso de perovskita en las células solares, prometedor por su alta fotoactividad y eficiencia de conversión de luz solar en energía, tiene una fuerte limitación: la eficiencia se degrada bruscamente en el aire y, actualmente, este es el obstáculo principal para la comercialización de tecnologías basadas en la luz solar. Aun así, como apunta la investigadora del INAM, miembro del Grupo en Semiconductores Avanzados de la UJI Sofia Masi: «Nuestro estudio demuestra que este límite se puede superar con una cuidadosa integración de puntos cuánticos en las células solares, optimizando las cantidades y los tipos de materiales a combinar para producir células solares de perovskitas eficientes y estables».
Iván Mora Seró es profesor del Departamento de Física de la Universitat Jaume I e investigador principal del Grupo de Semiconductores Avanzados (GAS) del Instituto Universitario de Materiales Avanzados. Su investigación se ha centrado en el crecimiento de cristales, los dispositivos nanoestructurados, las propiedades de transporte y recombinación, la fotocatálisis, la caracterización eléctrica de sistemas fotovoltaicos, electrocrómicos y de división de agua, haciendo tanto trabajos experimentales como teóricos. Su actividad de investigación reciente se centra en nuevos conceptos para la conversión fotovoltaica y la emisión de luz (LED y amplificadores de luz) basados en dispositivos nanométricos y materiales semiconductores siguiendo dos líneas principales: puntos cuánticos semiconductores y perovskitas de haluro. Esta última línea es, probablemente, la más puntera en el desarrollo de nuevos dispositivos optoelectrónicos. En la convocatoria de 2016, Mora Seró consiguió una Consolidator Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC) de dos millones de euros para desarrollar su proyecto No Limit durante cinco años.
 
Més informació:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b02450