Cómo determinar con precisión la eficiencia de los módulos solares en tándem de silicio perovskita

Con el fin de allanar el camino para la implantación industrial de módulos fotovoltaicos de silicio perovskita altamente eficientes, las células y módulos solares en tándem deben medirse de forma fiable. Sólo así se podrán realizar comparaciones objetivas entre las distintas células y módulos, así como mejoras tecnológicas. Sin embargo, a diferencia de los módulos fotovoltaicos de silicio clásicos, la calibración es mucho más difícil en este caso.

Por ello, un consorcio de proyectos dirigido por el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE está desarrollando métodos para caracterizar módulos tándem basados en perovskita en el marco del proyecto "Katana", financiado por el Ministerio Federal alemán de Economía y Clima BMWK. El simulador solar construido especialmente para este fin por la empresa Wavelabs Solar Metrology Systems se utiliza ahora en el CalLab PV Modules del instituto de investigación.

La producción industrial de células y módulos solares en tándem de silicio perovskita se está preparando intensamente en todo el mundo. "Es importante proporcionar mediciones altamente precisas y reproducibles para esta tecnología emergente lo antes posible para que pueda haber una competencia objetiva", afirma Stefan Glunz, director de la División de Tecnologías Fotovoltaicas del Fraunhofer ISE.

Medición

Para poder medir los módulos tándem de perovskita, es necesario conocer a fondo las células solares que incorporan. Martin Schubert, jefe del proyecto en el Fraunhofer ISE, explica: "Todas las capas de la célula deben ser iluminadas por diferentes fuentes de luz en las condiciones más exactas posibles en las que también producirían electricidad bajo la luz solar, para luego poder hacer afirmaciones sobre la eficiencia de toda la célula y el módulo".

El simulador solar del CalLab PV Modules del Fraunhofer ISE, que se ha completado para su calibración, hace posible exactamente esto: mide células fotovoltaicas de silicio de perovskita a escala de laboratorio desde 5 por 5 milímetros hasta módulos fotovoltaicos de 2,40 por 1,30 metros. Los 28 canales de luz espectralmente ajustables distribuidos en 40 fuentes de luz con un total de 18400 LED son únicos en el mundo debido a la amplísima gama de longitudes de onda de 320 a 1650 nanómetros y constituyen la base de los procedimientos de prueba desarrollados por los investigadores para la tecnología de tándem de silicio de perovskita. El simulador solar también permite caracterizar células solares multiunión y módulos fabricados con otros materiales.

"El nuevo simulador solar es un hito hacia un procedimiento normalizado de calibración de los módulos tándem de silicio perovskita. Al construirlo, tuvimos que asegurarnos, por un lado, de que la iluminación LED irradiara los módulos de forma homogénea en toda la superficie y, por otro, de que sus espectros de luz fueran ajustables para que todas las capas de las células se activaran de forma realista", afirma Falko Griehl, director de proyecto del simulador solar SINUS-3000 Advanced de Wavelabs. "Con esta tecnología, más allá de los espectros estándar, también podemos simular la luz en horas del día y regiones arbitrarias, para poder estudiar su influencia en los módulos en tándem".

Distinto

A partir de 2024, el calor generado por la iluminación más prolongada durante la caracterización de un módulo se compensará con una cámara climática instalada adicionalmente en la que se colocarán las células fotovoltaicas en tándem y los módulos para su medición.

Oxford PV, fabricante de células solares de perovskita, es socio del proyecto Katana y pionero en el campo de la tecnología tándem. "El desarrollo de una nueva instalación de calibración para determinar con precisión el rendimiento de las células y módulos de silicio de perovskita permitirá realizar mediciones independientes de alta calidad de esta tecnología revolucionaria. Nos complace apoyar a la industria fotovoltaica en general cofinanciando este proyecto", afirma David Bushnell, director de Pruebas y Mediciones de Oxford PV.

En el caso de las células y módulos solares en tándem de silicio perovskita, los simuladores clásicos de destellos (flasher) utilizados en la fotovoltaica de silicio no pueden utilizarse fácilmente para determinar la eficiencia, ya que no pueden ajustar de forma variable el espectro de luz que las células en tándem convierten en electricidad para adaptarse a la tecnología. Además, la iluminación "tipo flash" de un simulador no es suficiente en el tiempo para tener en cuenta los efectos entre las subcélulas.

Para el comportamiento metaestable de la tecnología de la perovskita, las células y módulos solares deben probarse bajo luz continua. Hasta ahora, la eficiencia de los módulos en tándem basados en la perovskita tenía que medirse en elaboradas pruebas al aire libre que dependían de las condiciones meteorológicas.