Un equipo del National Renewable Energy Laboratory (NREL) dirigido por David Moore y Axel Palmstrom, ha desarrollado una nueva capa de perovskita de banda ancha, llamada Apex Flex, con la que han desarrollado células solares en tándem con una eficiencia de conversión superior al 23%.
El nuevo material de perovskita de NREL ha roto dos barreras de diseño para llegar a una celda solar que es lo suficientemente flexible y estable para la aplicación en el techo de un automóvil a un costo 200 veces menor que las tecnologías fotovoltaicas flexibles de potencia específica similar. Al hacerlo, Apex Flex se da cuenta de todos los beneficios de los materiales de perovskita (bajo costo, alta tasa de producción y alta potencia específica) como una celda en tándem que coloca dos materiales de perovskita con una eficiencia combinada más alta que cualquier otra tecnología de película delgada fuera de los materiales III-V.
Las piezas del rompecabezas que descubrió el equipo de NREL fueron útiles para superar los cuellos de botella de diseño, que previamente habían restringido los tándems de perovskita a la dependencia del silicio (y por lo tanto inflexible), o bajo rendimiento en eficiencia, causado por la inestabilidad química de las células.
Parte de la solución fue una nueva capa de perovskita de banda ancha, capaz de soportar pruebas de calor, luz y operativas, al tiempo que proporciona un voltaje confiable y alto. El cuello de botella en los diseños anteriores estaba relacionado con la inestabilidad del material: la luz causaría segregación química dentro del material y la consiguiente ruptura de la eficiencia. El equipo de Apex Flex superó este problema alterando la estructura cristalina de la capa utilizando una aleación molecular diferente. Su resultado: una celda de banda ancha con alta estabilidad y eficiencia.
Naturalmente, la pieza final del rompecabezas consistió en conectar la nueva perovskita de banda ancha del equipo, y a través de algunos cambios pensados en la fabricación, NREL creó una capa de recombinación densa y delgada que elimina las rutas de derivación y es aproximadamente un 80% más delgada que las tecnologías anteriores.
“Emparejar más de un absorbente de perovskita de haluro metálico en una sola celda solar permite una tecnología solar verdaderamente diferenciada que es de alta eficiencia, bajo costo y liviana”, dijo el co-creador y científico de NREL Axel Palmstrom. "Este esfuerzo de colaboración ha acercado los tándems de perovskita a la realidad comercial, y estamos emocionados de ver sus aplicaciones en el mundo real en un futuro cercano".
Apex Flex es la única celda de banda ancha continuamente ajustable, la celda de mayor eficiencia potencial (37%) y la mayor eficiencia reportada para película delgada (24.5%), según sus diseñadores. Apex Flex se puede fabricar con métodos de rollo a rollo de alta velocidad y se prevé que tenga la tasa de producción más alta entre los competidores. En comparación con su único competidor basado en el rendimiento, los materiales III-V, Apex Flex tiene un costo 200 veces menor.
Apex Flex ha dado como resultado dos solicitudes de patente que rápidamente fueron licenciadas para su comercialización por Swift Solar, que ve la oportunidad de aplicar las células ligeras y eficientes en las industrias de camiones y vehículos eléctricos, además de una amplia implementación de redes.
El futuro de los paneles solares portátiles y flexibles realmente podría comenzar con Apex Flex. Y como todas las perovskitas, tiene muchas oportunidades de crecer. Si bien Apex Flex ya produce 10 veces más energía que las tecnologías fotovoltaicas flexibles actuales, a un costo menor, su eficiencia potencial es aún mayor.
Por el contrario, la vida útil de 25 a 30 años requerida para los sistemas fotovoltaicos residenciales o de servicios públicos está actualmente fuera del alcance de Apex Flex. Pero los avances en estabilidad descritos anteriormente han introducido Apex Flex en el mercado de aplicaciones vehiculares, y las innovaciones posteriores podrían llevar las perovskitas en tándem más lejos.
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