Un equipo de investigadores en China ha desarrollado un nuevo tipo de contacto molecular que permite a las células solares de perovskita invertidas alcanzar una eficiencia récord del 27.5%. El avance, publicado en la revista Nature Photonics, representa un paso importante hacia la comercialización de esta tecnología fotovoltaica, que promete ser más barata y flexible que las células de silicio tradicionales.
Las células solares de perovskita han sido aclamadas como una de las innovaciones más prometedoras en energía solar, pero su estabilidad a largo plazo ha sido un obstáculo. El calor puede degradar los contactos moleculares que transportan las cargas eléctricas, reduciendo la eficiencia y acortando la vida útil del dispositivo. El nuevo enfoque, denominado contactos moleculares de alta entropía (HE-MCs), aborda este problema mediante la mezcla de tres moléculas especialmente diseñadas.
¿Qué son los contactos moleculares de alta entropía?
Los contactos moleculares son capas delgadas de moléculas que facilitan el transporte de huecos (cargas positivas) desde la perovskita hacia el electrodo. Convencionalmente, se utiliza una sola molécula, pero bajo estrés térmico, estas moléculas pueden perder su ordenamiento y fallar. Los HE-MCs combinan varias moléculas con estructuras químicas similares pero con unidades no centrosimétricas, lo que incrementa el desorden configuracional y evita el colapso del contacto.
“Desarrollar empaquetamiento de alta entropía en sistemas de moléculas autoensambladas selectivas de huecos para prevenir el colapso del contacto molecular seguía sin explorarse”, señalaron los investigadores. “El desafío clave es equilibrar el autoensamblaje ordenado con la complejidad estructural de alta entropía mientras se mantiene un transporte eficiente de huecos”.
El equipo utilizó tres moléculas basadas en carbazol: CbzNaph, CbzNaphBF y CbzNaphBT. Las dos últimas incorporan unidades con oxígeno y azufre, respectivamente, lo que genera diferentes interacciones intermoleculares y arreglos de empaquetamiento. Al mezclarlas en una proporción molar 1:1:1, se promueve un apilamiento molecular complejo que da lugar a los contactos de alta entropía.
Fabricación y resultados
Para fabricar las células, los investigadores depositaron la mezcla de moléculas sobre vidrio recubierto de óxido de estaño dopado con flúor (FTO) mediante recubrimiento por rotación y luego lo calentaron a 100 °C durante 10 minutos. Posteriormente, depositaron una capa de perovskita con un bandgap de 1.55 eV, seguida de una capa de fullereno (C60) de 30 nm, una capa de óxido de estaño (SnO2) de 40 nm y un electrodo de cobre de 100 nm. También aplicaron un recubrimiento de fluoruro de magnesio de 120 nm en la parte posterior del vidrio para reducir las pérdidas por reflexión.
El dispositivo resultante alcanzó una eficiencia de conversión de potencia (PCE) promedio de 27.29%, en comparación con el 26.37% de un dispositivo con un solo componente molecular. El mejor dispositivo logró una eficiencia del 27.50% en condiciones de escaneo inverso, con un voltaje de circuito abierto de 1.202 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 26.40 mA/cm² y un factor de llenado del 86.67%. Además, se observó una histéresis insignificante.
El Instituto de Supervisión y Pruebas Metrológicas de Tianjin certificó de forma independiente una eficiencia en estado estacionario del 27.31% para una de las células fabricadas. Este resultado se acerca al récord anterior del 27.41% reportado en mayo de 2026 por investigadores de la Universidad Normal de Shaanxi, en colaboración con la Universidad de Linköping y otras instituciones.
Implicaciones para la energía solar
Este avance no solo mejora la eficiencia, sino también la estabilidad operativa. Los investigadores sometieron los dispositivos a pruebas de envejecimiento térmico a 85 °C, ciclos térmicos entre temperatura ambiente y 85 °C, y seguimiento del punto de máxima potencia bajo iluminación continua. Los resultados mostraron una degradación mínima, lo que sugiere que los HE-MCs podrían superar uno de los principales obstáculos para la comercialización de las células de perovskita.
La importancia de este logro radica en su potencial para reducir el costo de la energía solar. Las células de perovskita pueden fabricarse con técnicas de impresión de bajo costo y son flexibles, lo que amplía sus aplicaciones. Sin embargo, la competencia por el récord de eficiencia es intensa a nivel global, y este nuevo resultado posiciona a China a la vanguardia de la investigación fotovoltaica.
El equipo de investigación incluyó científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong, la Universidad de Jilin y la Universidad Sun Yat-sen. Su trabajo se suma a los esfuerzos mundiales por desarrollar tecnologías de energía renovable más eficientes y sostenibles.
Con este avance, las células solares de perovskita se acercan un paso más a su implementación comercial, lo que podría acelerar la transición energética hacia fuentes limpias y reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Para México y América Latina, regiones con alto potencial solar, esta tecnología representa una oportunidad para democratizar el acceso a la energía y impulsar el desarrollo sostenible.
