Nueva y muy eficiente célula solar en tándem

Se ha conseguido crear una célula solar en tándem altamente eficiente y estable, una de las mejores de entre todas las conocidas hasta la fecha, que podría mejorar grandemente el rendimiento de los futuros paneles solares.

El avance es obra de investigadores de la Universidad de Toronto en Canadá y la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) en Arabia Saudita.

El equipo integrado, entre otros, por Ted Sargent, Erkan Aydin, Yi Hou, Stefaan De Wolf y Michele De Bastiani, ha superado un obstáculo importante al combinar la tecnología emergente basada en la perovskita con el estándar comercial: la tecnología de las células solares de silicio.

Hoy en día, las células solares de silicio son más eficientes y menos costosas que en cualquier época anterior, tal como destaca Sargent. "Pero existen límites sobre la eficacia del silicio por sí solo. Estamos trabajando en superar estos límites utilizando un enfoque en tándem (dos capas)", explica.

Al igual que el silicio, los cristales de perovskita pueden absorber energía solar para excitar electrones que pueden canalizarse hacia un circuito. Pero a diferencia del silicio, las perovskitas se pueden mezclar con un líquido para crear una “tinta solar” con la que es posible imprimir sobre superficies.

La estrategia de fabricación basada en tinta ya está bien establecida en la industria de la impresión y, por lo tanto, tiene el potencial de reducir el costo de fabricación de células solares.

Agregar una capa de cristales de perovskita encima de silicio texturizado para crear una célula solar en tándem es una excelente manera de mejorar su rendimiento, tal como señala Hou. Pero el estándar actual de la industria se basa en obleas (láminas delgadas de silicio cristalino) que no fueron diseñadas teniendo en mente este nuevo enfoque.

De izquierda a derecha: Erkan Aydin (KAUST), Yi Hou (Universidad de Toronto) y Michele De Bastiani (KAUST). (Foto: KAUST)

Aunque pueden parecer lisas, las obleas de silicio estándar utilizadas para las células solares presentan pequeñas estructuras piramidales de aproximadamente dos micrómetros de alto. La superficie irregular minimiza la cantidad de luz que se refleja en la superficie del silicio y aumenta la eficiencia general, pero también dificulta que se recubra la parte superior con una capa uniforme de perovskitas.

La mayoría de las células solares en tándem anteriores se hicieron puliendo primero la superficie de silicio para alisarla y luego agregando la capa de perovskita. Eso funciona, pero incrementa el costo, tal como advierte Hou.

Hou y sus colegas adoptaron un enfoque diferente. Aumentaron el grosor de la capa de perovskita, haciéndola lo suficientemente alta como para cubrir tanto los picos como los valles impuestos por la presencia de las estructuras piramidales.

El equipo descubrió que las perovskitas en los valles generan un campo eléctrico que separa los electrones generados en la capa de perovskita de los generados en la capa de silicio. Este tipo de separación de carga es beneficioso porque aumenta las posibilidades de que las cargas excitadas fluyan al circuito en vez de hacia otras partes de la célula solar.

El equipo mejoró aún más la separación de carga al recubrir los cristales de perovskita en una capa especial.

Las células solares en tándem lograron una eficiencia del 25,7 por ciento, según lo certificado por un laboratorio externo e independiente, el Instituto Fraunhofer de Energía Solar en Friburgo, Alemania. Esta es una de las eficiencias más altas comprobadas hasta ahora para este tipo de diseño. También se comprobó la alta estabilidad de las nuevas células, que soportaron temperaturas de hasta 85 grados centígrados durante más de 400 horas sin una pérdida significativa de rendimiento.

Hou y sus colegas continúan trabajando para mejorar el diseño. El enfoque de diseño adoptado por estos científicos abre una puerta para que la industria fotovoltaica de silicio explote plenamente los grandes avances que la tecnología de la perovskita ha logrado hasta ahora. Esto puede hacer posible que se incorporen al mercado paneles solares fotovoltaicos con mayor rendimiento que los convencionales y a bajo costo, tal como señala De Wolf. (Fuente: NCYT Amazings)