Desarrollan módulos solares en tándem de perovskita completamente escalables

Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han desarrollado un prototipo de módulos solares en tándem de perovskita completamente escalables. Estos módulos tienen una eficiencia de hasta el 19,1 por ciento con un área de apertura de 12,25 centímetros cuadrados. Este resultado, el primero de su tipo informado en todo el mundo, fue posible gracias a la mejora de la eficiencia con trayectorias de luz optimizadas, trazado láser de alto rendimiento y el uso de métodos de recubrimiento industrial establecidos. Los investigadores presentan sus resultados en la revista Nature Energy.

En los últimos años, las células solares hechas de semiconductores de perovskita se han mostrado muy prometedoras gracias a su alta eficiencia y bajos costos de producción. Pero la eficiencia de una celda individual de perovskita sigue siendo limitada a pesar del enorme progreso. Esta limitación se puede superar apilando dos celdas solares con diferentes bandas prohibidas. La banda prohibida es una característica del material que determina la parte del espectro incidente que absorbe una celda solar para generar electricidad.

Aumento de la eficiencia del apilamiento

Las células solares en tándem utilizan una gama más amplia del espectro y generan más electricidad, lo que las hace más eficientes. Las celdas solares de perovskita con una banda prohibida sintonizable son socios tándem ideales no solo para celdas solares hechas de otros materiales sino también para celdas solares tándem de perovskita. Cuentan con producción de bajo costo, métodos de procesamiento basados ​​en soluciones, flexibilidad mecánica y la libertad de combinar celdas con diferentes intervalos de banda de perovskita.

Los investigadores esperan que las células solares en tándem de perovskita obtengan una gran cuota de mercado en el futuro si pueden satisfacer los requisitos de estabilidad y escalabilidad. La escalabilidad significa que los nuevos diseños se pueden aplicar a escalas más grandes y en producción en masa.

El departamento dirigido por el profesor Ulrich W. Paetzold de Tenure-Track del Instituto de Tecnología de Microestructura (IMT) y el Instituto de Tecnología de la Luz (LTI) en KIT ha logrado desarrollar un prototipo escalable para módulos solares en tándem de perovskita de alta eficiencia. Los investigadores pudieron ampliar las células de perovskita individuales con una eficiencia de hasta el 23,5 por ciento en un área de apertura de 0,1 centímetros cuadrados a módulos solares en tándem de perovskita con una eficiencia del 19,1 por ciento en un área de apertura de 12,25 centímetros cuadrados.

El área de apertura es la parte utilizable de la superficie que no está cubierta por electrodos, marcos o sujetadores. Con aproximadamente un cinco por ciento, la pérdida de eficiencia cuando se amplía es relativamente baja. "Este es el primer informe de un módulo solar en tándem totalmente de perovskita en todo el mundo", dice Bahram Abdollahi Nejand.

Mejora habilitada por tres innovaciones

Este notable resultado se basa en tres innovaciones clave. Los investigadores de KIT aumentaron la eficiencia optimizando la trayectoria de la luz y reduciendo los reflejos en la arquitectura de las células solares. Implementaron un diseño eficiente para módulos solares en tándem utilizando trazado láser de alto rendimiento que permite la producción de minimódulos solares en tándem funcionales con tiras de celdas interconectadas de dos terminales.

Por último, utilizaron procesos de recubrimiento (recubrimiento con cuchilla y deposición al vacío) que ya son una práctica industrial establecida. “Lograr este excelente resultado de investigación solo fue posible con la experiencia combinada de KIT. Esto proporcionará motivación para seguir trabajando en la academia y la industria para hacer que la tecnología sostenible y pionera de los módulos solares en tándem de perovskita sea comercialmente viable a través de la ampliación y mejoras en la estabilidad”, dice Paetzold.