fotovoltaica

Bismuto, la alternativa para fabricar células solares de perovskita sin plomo y muy estables

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Un equipo científico español, en el que han participado investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC), del Instituto de Ciencia de Materiales (CSIC), de la Facultad de Física de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y de la ETS de Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), ha desarrollado un nuevo material basado en perovskita híbrida  libre de plomo y más estable.
Bismuto, la alternativa para fabricar células solares de perovskita sin plomo y muy estables

Las perovskitas híbridas han generado una gran expectación en los últimos años porque se presentan como una alternativa mucho más barata a las actuales tecnologías para la fabricación de células solares de lámina delgada (TeCd, CIGS), sin detrimento de eficiencia. Sin embargo, su comercialización presenta dos problemas fundamentales: suelen contener plomo en su estructura, un elemento altamente tóxico e incompatible con las “tecnologías verdes”, y su baja estabilidad, generando yoduro de plomo en su degradación.


La solución a este problema la ha hallado este equipo científico, según informa la Agencia Ibersoamericana para la Difusión de la Ciencia y la Tecnología (Dicyt). Su objetivo principal ha sido buscar una alternativa menos contaminante para reducir la toxicidad, buscando además aumentar la estabilidad final del compuesto de perovskita híbrida empleado en la fabricación de los materiales que conforman las células solares.

 “En este trabajo hemos seguido una estrategia distinta, empleando bismuto como elemento dopante. El bismuto es un elemento isoelectrónico al plomo, es decir, con el mismo número de electrones de valencia, con radio iónico similar y una menor toxicidad”, explica Carmen Coya, responsable del Laboratorio de Caracterización de Dispositivos Orgánicos (LabCADIO) de la URJC.

En otros ensayos,  las estrategias que se han empleado para sustituir parcialmente el plomo por otros elementos, como el estaño (Sn2+), el cadmio (Cd2+) o el calcio (Ca2+), han dado lugar a comportamientos fotovoltaicos mucho peores que los obtenidos en perovskitas basadas únicamente en plomo (Pb2+), añade la investigadora.  “Nosotros hemos elaborado un protocolo de dopado consiguiendo introducir hasta un 5 por ciento de bismuto en la estructura cristalina de la perovskita. Así, mediante técnicas como la difracción de rayos X o la microscopía electrónica de barrido, entre otras, hemos evaluado los cambios composicionales, morfológicos y estructurales”, explica. 



Mil veces más estable frente a la irradiación

Los investigadores han podido caracterizar estos materiales obteniendo sorprendentes propiedades ópticas. Los resultados obtenidos, publicados en la revista científica Chemistry of Materials, han calculado la cantidad máxima de bismuto que puede reemplazar parcialmente al plomo en la célula de perovskita sin llegar a distorsionar su red cristalina, así como el efecto que el bismuto produce en su estructura cristalina y en sus propiedades fotofísicas y de estabilidad en condiciones ambientales.

 “Hemos interpretado estos resultados con un modelo que involucra la difusión del bismuto inducida por la luz y posterior la transformación del material a oxiyoduro de bismuto. El efecto final es un sorprendente aumento de la estabilidad frente a la irradiación, 1000 veces mayor que el material sin dopar”, subraya Carmen Coya.

Este estudio arroja luz en el papel que juega la difusión de los iones del material en el comportamiento del dispositivo, lo que permitirá un mayor control de sus propiedades físicas, concluye la agencia Dicyt.
 

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