El equipo del académico Zheng Nanfeng y el profesor Wu Binghui de la Universidad de Xiamen ha logrado un avance importante en la investigación de células solares de perovskita. Proponen utilizar el marco del azul de Prusia para regular de forma sinérgica la formación del material de perovskita, la evolución de defectos y la migración y distribución de iones durante el funcionamiento del dispositivo, ofreciendo una nueva solución para mejorar la estabilidad de la fotovoltaica de perovskita. El 25 de septiembre, los resultados de investigación relacionados, completados conjuntamente por este equipo y colaboradores de la Universidad de Jinan, la Universidad de Tsinghua y otras instituciones, se publicaron en la revista académica internacional Science.
El azul de Prusia es considerado el primer pigmento sintético moderno de la historia de la humanidad y se utiliza ampliamente en pintura, impresión y cianotipia. Al mismo tiempo, su estructura de marco abierto y sus centros de valencia mixta, entre otras características estructurales y químicas especiales, muestran potencial de aplicación en el estudio del almacenamiento de iones, el transporte de iones y los procesos redox.
El azul de Prusia guía el proceso de cristalización de la perovskita. Sitio web oficial de la Universidad de Xiamen
En este estudio, los investigadores introdujeron nanopartículas de azul de Prusia en la capa absorbente de luz de perovskita y, aprovechando sus características de red cristalina similares a las de la perovskita, su actividad redox reversible y su estructura de marco abierto, lograron que participara simultáneamente en la regulación de dos etapas: la formación del material y el funcionamiento del dispositivo. La investigación encontró que, tras la introducción del azul de Prusia, los procesos de nucleación, transformación de fases intermedias y crecimiento cristalino de la perovskita se regularon eficazmente, formando finalmente películas con una orientación preferente más evidente y una menor deformación local; bajo la acción de un campo eléctrico externo, se suprimió la migración de largo alcance y la redistribución de iones, y también se redujo significativamente el cambio de potencial local inducido por el campo eléctrico.
Para verificar la aplicabilidad de esta estrategia de material en diferentes estructuras de dispositivos y bajo condiciones de ampliación de área, el equipo de investigación realizó validaciones en células solares de perovskita de estructura convencional e invertida. Tras la introducción del azul de Prusia, la eficiencia de conversión fotovoltaica de ambos tipos de dispositivos de pequeña área superó el 26%; durante el proceso de ampliación de área, el módulo de estructura convencional de 6 cm × 6 cm obtuvo una eficiencia del 23,4%; el módulo de estructura invertida de 30 cm × 30 cm obtuvo una eficiencia del 22,9%.
Este estudio considera la formación de la película de perovskita y el funcionamiento del dispositivo como un proceso continuo interrelacionado, y utiliza las propiedades químicas del azul de Prusia para regular de forma sinérgica el crecimiento cristalino, la transformación de defectos y la migración de iones, ofreciendo nuevas ideas para el diseño de materiales de marco abierto que combinen funciones de guía estructural, amortiguación redox y regulación iónica.