Científicos de la Unidad de Materiales de Energía y Ciencias de la Superficie del Instituto de Ciencia y Tecnología de Posgrado de Okinawa (OIST) creen que han encontrado un nuevo método para fabricar células solares de bajo costo y alta eficiencia. El profesor Yabing Qi y su equipo de OIST en colaboración con el profesor Shengzhong Liu de la Universidad Normal de Shaanxi, China, han desarrollado células utilizando los materiales y compuestos que imitan la estructura cristalina de la perovskita mineral de origen natural. Describen su técnica en un estudio publicado en la revista Nature Communications.
En lo que el profesor Qi llama "el triángulo de oro", las tecnologías de células solares deben cumplir tres condiciones para su comercialización: su tasa de conversión de la luz solar en electricidad debe ser alta, deben tener un bajo coste de producción y deben tener un larga vida útil. Hoy en día, la mayoría de las células solares comerciales están hechas de silicio cristalino, que tiene una eficacia relativamente alta de alrededor del 22%. Aunque el silicio, la materia prima de estas células solares, es abundante, su procesamiento tiende a ser complejo y dispara los costes de fabricación, lo que encarece el producto terminado.
La perovskita ofrece una solución más asequible, dice el profesor Qi. La perovskita fue utilizada por primera vez para fabricar células solares en 2009 por el equipo de investigación del profesor Tsutomu Miyasaka en la Universidad Toin de Yokohama, Japón, y desde entonces ha ido ganando importancia rápidamente. "La investigación sobre las células de perovskita es muy prometedora. En solo nueve años, la eficiencia de estas células pasó del 3.8% al 23.3%. Otras tecnologías han necesitado más de 30 años de investigación para alcanzar el mismo nivel ", explica el profesor Qi. El método de fabricación que él y su equipo de investigación han desarrollado produce células solares de perovskita con una eficacia comparable a las de las células de silicio cristalino, pero es potencialmente mucho más barata que fabricar células solares de silicio.
Para hacer las nuevas células, los investigadores recubrieron sustratos conductores transparentes con películas de perovskita que absorben la luz solar de manera muy eficiente. Utilizaron una técnica basada en reacción gas-sólido en la que el sustrato se recubre primero con una capa de triyoduro de plomo de hidrógeno incorporado con una pequeña cantidad de iones de cloro y gas de metilamina, lo que les permite reproducir de forma reproducible grandes paneles uniformes, cada uno de ellos compuesto de múltiples paneles solares Células.
Al desarrollar el método, los científicos se dieron cuenta de que la fabricación de la capa de perovskita de 1 micra de grosor aumentaba significativamente la vida útil de la célula solar. "Las células solares casi no han cambiado después de trabajar durante 800 horas", dice Zonghao Liu, un investigador en la unidad de investigación del profesor Qi en OIST y el primer autor del estudio. Además, un recubrimiento más grueso no solo aumentó la estabilidad de las células solares, sino que también facilitó los procesos de fabricación, lo que redujo los costes de producción. "La capa absorbente más gruesa garantiza una buena reproducibilidad de la fabricación de células solares, que es una ventaja clave para la fabricación en masa en un entorno de escala industrial realista", dice Liu.
El gran desafío al que se enfrentan el profesor Qi y su equipo es aumentar el tamaño de su célula solar de nuevo diseño desde el prototipo de tamaño 0.1 mm2 hasta grandes paneles de tamaño comercial que puedan tener varios pies de largo. Aquí es donde la industria puede ayudar. "Existe una gran brecha entre los hallazgos en el laboratorio y la realidad, y la industria no siempre está lista para cubrir toda esta brecha por sí misma. Por lo tanto, los investigadores deben dar un paso más más allá de sus laboratorios y conocer a la industria a mitad de camino", dice el profesor Qi.
Para dar ese paso, el profesor Qi y su equipo recibieron una generosa donación del Centro de Desarrollo e Innovación Tecnológica del OIST, bajo su Programa de Prueba de Concepto. Con esa financiación, el equipo ha construido un modelo funcional de sus nuevos módulos solares de perovskita que consisten en múltiples células solares en sustratos de 5cm × 5cm, con un área activa de 12 cm2, mucho más grande que su prototipo experimental pero más pequeño que lo requerido para lograr su propósito. Aunque el proceso de ampliación ha reducido la eficiencia de las células del 20% al 15%, los investigadores son optimistas de que podrán mejorar la forma en que trabajan en los próximos años y comercializar su uso con éxito.
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