Chengdu, China – 20 de octubre de 2025– En un logro histórico para las energías renovables, investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China (UESTC) han desarrollado una célula solar de perovskita que ha alcanzado una eficiencia de conversión de energía certificada del 25,13%. Este avance se logró incorporando carburo de titanio bidimensional-, conocido como MXene, como aditivo multifuncional en la capa absorbente de luz-de perovskita. Esta innovación representa un paso significativo no sólo para aumentar el rendimiento sino también para abordar los desafíos críticos de estabilidad y gestión térmica que históricamente han impedido el lanzamiento comercial de la energía fotovoltaica de perovskita.
La nueva estructura celular, detallada en el estudio "Multifunction MXene for Thermal Management in Perovskite Solar Cells" publicado enMacro-Micro letras, presenta un sustrato de vidrio y óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de electrones hecha de óxido de estaño (SnO₂), el absorbente de perovskita modificado con MXene-, una capa de transporte de huecos que utiliza Spiro-OMeTAD y un contacto de metal dorado.
El núcleo de este avance radica en las propiedades únicas de MXene. Estos compuestos, llamados así por su estructura similar al grafeno-, son conocidos por su excepcional conductividad metálica, alta movilidad de los portadores de carga y propiedades de superficie sintonizables. Cuando las nanohojas de Ti₃C₂Tₓ MXene se incrustan en la capa de perovskita, actúan como un componente versátil que mejora simultáneamente la disipación de calor y el rendimiento optoelectrónico.
"La comunidad de investigación de energía solar ha estado buscando un material que pueda optimizar simultáneamente la extracción de carga, mejorar la estabilidad y procesarse fácilmente. Las ventajas multifuncionales de MXene resaltan su gran potencial para construir células solares de perovskita no solo con una alta eficiencia de conversión de energía sino también con una excelente estabilidad térmica", afirmó el equipo de investigación.
Una de las funciones más críticas del aditivo MXene es su papel en la gestión térmica. Bajo luz solar continua, la acumulación de calor dentro de las células solares es una de las principales causas de degradación del rendimiento. El equipo de investigación demostró que la incorporación de nanohojas de Ti₃C₂Tₓ creaba vías de conducción de calor eficientes dentro de la película de perovskita. Esto aumentó la conductividad térmica de la capa de 0,236 W·m⁻¹·K⁻¹ a 0,413 W·m⁻¹·K⁻¹. En consecuencia, la temperatura de funcionamiento de la célula solar en condiciones de iluminación estándar se redujo aproximadamente 3 grados, de 42,96 grados a 39,97 grados, mitigando significativamente la degradación inducida por el calor-.
Más allá de la gestión térmica, las nanohojas MXene brindaron muchos otros beneficios. Sirvieron como pasivadores de defectos eficaces en los límites de grano de los cristales de perovskita, reduciendo las pérdidas por recombinación de carga. Esto condujo a una película de perovskita más uniforme y suave con un tamaño de grano mayor, como lo confirma una reducción en la rugosidad de la película de 24,9 nm a 15,2 nm. Además, la película de perovskita modificada mostró una mayor absorción de luz en la región visible.
El efecto combinado de estas mejoras dio como resultado un rendimiento récord-. El dispositivo campeón logró una eficiencia de conversión de energía del 25,13 %, un aumento sustancial con respecto al 23,70 % de eficiencia de la celda de referencia sin MXene. También mostró características eléctricas superiores, con un voltaje de circuito abierto-de 1,177 V, una densidad de corriente de cortocircuito-de 25,29 mA cm⁻² y un factor de llenado del 84,4%.
Quizás tan importante como el salto en la eficiencia es la marcada mejora en la estabilidad del dispositivo. La celda basada en MXene-conservó alrededor del 80% de su eficiencia inicial después de 500 horas de exposición a condiciones de alta-temperatura de 85 grados y una humedad relativa de alrededor del 30-35%. En una prueba de estabilidad realizada bajo una atmósfera de nitrógeno con seguimiento del punto de máxima potencia, el dispositivo mantuvo el 70% de su eficiencia inicial después de 500 horas, superando dramáticamente a la celda de control, que se degradó al 20% de su rendimiento original. Esta sólida estabilidad es un indicador crítico del potencial de la tecnología para su funcionamiento a largo plazo.
A pesar de los resultados prometedores, el equipo de investigación reconoció que aún quedan desafíos en el camino hacia la comercialización, principalmente relacionados con el alto costo y la complejidad de sintetizar materiales Ti₃C₂Tₓ. Las investigaciones futuras se centrarán en optimizar las rutas de síntesis para reducir costos y mejorar la reproducibilidad. Explorar materiales MXene alternativos, como Ti₂CTₓ, también es una dirección clave para el trabajo futuro.
Este avance, logrado mediante la integración estratégica de MXene, ilumina un futuro más brillante y eficiente para la energía solar. Nos acerca significativamente el día en que la energía fotovoltaica de perovskita de alto-rendimiento, durabilidad y rentabilidad-se convierta en una fuente principal de energía limpia.
Respecto a la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China (UESTC):
La Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China es una-universidad nacional de larga trayectoria reconocida por sus programas de investigación centrados en ciencias electrónicas y de la información, ciencias de los materiales y tecnologías energéticas.
