El desarrollo de nuevos electrodos metálicos ultrafinos ha permitido a los investigadores de la Universidad de Penn State crear células solares de perovskita semitransparentes que son altamente eficientes y pueden acoplarse con células de silicio tradicionales para aumentar considerablemente el rendimiento de ambos dispositivos, dijo un equipo internacional de científicos. La investigación representa un paso hacia el desarrollo de células solares completamente transparentes.
"Las células solares transparentes algún día podrían encontrar un lugar en las ventanas de los hogares y edificios de oficinas, generando electricidad a partir de la luz solar que de otro modo se desperdiciaría", dijo Kai Wang, profesor asistente de investigación de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State y coautor del estudio. "Este es un gran paso: finalmente logramos hacer células solares semitransparentes eficientes".
Las células solares tradicionales están hechas de silicio, pero los científicos creen que se están acercando a los límites de eesta tecnología. Las células de perovskita ofrecen una alternativa prometedora y apilarlas sobre las células tradicionales puede crear dispositivos en tándem más eficientes, dijeron los científicos.
“Hemos demostrado que podemos fabricar electrodos a partir de capas de oro muy delgadas”, dijo Shashank Priya, vicepresidente asociado de investigación y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State. "La fina capa de oro tiene una alta conductividad eléctrica y, al mismo tiempo, no interfiere con la capacidad de la célula para absorber la luz solar".
La célula solar de perovskita que desarrolló el equipo alcanzó un 19,8% de eficiencia, un récord para una célula semitransparente. Y cuando se combina con una celda solar de silicio tradicional, el dispositivo en tándem logró una eficiencia del 28,3%, frente al 23,3% de la celda de silicio. Los científicos publicaron sus hallazgos en la revista Nano Energy.
"Una mejora del 5% en la eficiencia es gigantesca", dijo Priya. “Básicamente, esto significa que está convirtiendo aproximadamente 50 vatios más de luz solar por cada metro cuadrado de material de células solares. Los parques solares pueden constar de miles de módulos, por lo que se suma a una gran cantidad de electricidad, y eso es un gran avance".
En investigaciones anteriores, la película de oro ultrafina se mostró prometedora como electrodo transparente en las células solares de perovskita, pero los problemas para crear una capa uniforme dieron como resultado una conductividad deficiente, dijeron los científicos.
El equipo descubrió que el cromo utilizado como capa de semilla permitió que el oro se formara en la parte superior en una capa ultrafina continua con buenas propiedades conductoras.
"Normalmente, si se cultiva una capa delgada de algo como oro, las nanopartículas se unirán y se juntarán como pequeñas islas", dijo Dong Yang, profesor asistente de investigación de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State. "El cromo tiene una gran energía de superficie que proporciona un buen lugar para que el oro crezca encima y, de hecho, permite que el oro forme una película delgada y continua".
Las células solares de perovskita están compuestas por cinco capas y otros materiales probados como electrodos transparentes dañados o capas degradadas de las células. Los científicos dijeron que las células solares fabricadas con electrodos de oro son estables y mantienen altas eficiencias a lo largo del tiempo en las pruebas de laboratorio.
“Este avance en el diseño de la arquitectura de la celda en tándem basada en un electrodo transparente ofrece una ruta eficiente hacia la transición a la perovskita y las celdas solares en tándem”, dijo Yang.
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