Las células solares de perovskita se acercan en eficiencia a las de silicio

Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha establecido un nuevo récord en la eficiencia de conversión de energía de las células solares fabricadas con perovskita y materiales orgánicos. Este avance tecnológico allana el camino para celdas fotovoltaicas flexibles, livianas, de bajo costo y ultradelgadas que son ideales para un suministro eléctrico limpio.

“Las tecnologías de energía limpia y renovable son extremadamente importantes para la reducción de carbono. Las células solares que convierten directamente la energía solar en electricidad se encuentran entre las tecnologías de energía limpia más prometedoras. La alta eficiencia de conversión de energía de las celdas solares es fundamental para generar más energía eléctrica usando un área limitada y esto, a su vez, reduce el costo total de generar energía solar”, explicó el investigador principal, el joven profesor presidencial Hou Yi, del Departamento de Ciencias de la NUS.

“La principal motivación de este estudio es mejorar la eficiencia de conversión de energía de las células solares en tándem de perovskita/orgánicas. En nuestro último trabajo, hemos demostrado una eficiencia de conversión de energía del 23,6%: este es el mejor rendimiento para este tipo de células solares hasta la fecha”, agregó el Dr. Chen Wei, investigador del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la NUS y el primer autor de esta obra.

Este logro es un salto significativo con respecto a la tasa de conversión de energía actual de alrededor del 20 % informada por otros estudios sobre células solares en tándem de perovskita/orgánicas, y se acerca a la tasa de conversión de energía del 26,7 % de las células solares de silicio, que es la tecnología solar dominante en el mercado actual de energía solar fotovoltaica (PV).

Esta innovación se publicó en Nature Energy el 20 de enero de 2022. La investigación se realizó en colaboración con científicos de la Universidad de Hong Kong y la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur.

Nuevas tendencias en el mundo solar

La tecnología de células solares ha logrado un enorme crecimiento en los últimos años como fuente de energía sostenible. La confiabilidad, la eficiencia, la durabilidad y el precio de las celdas solares tienen un impacto crucial en el potencial comercial y la implementación a gran escala de proyectos de energía solar en todo el mundo.

Las células solares convencionales que  se utilizan en las plantas de energía solar se basan en una arquitectura de unión única. La eficiencia práctica de conversión de energía de las células solares de unión única se limita a alrededor del 27 % en la producción industrial. Para ampliar las fronteras de la producción de energía solar, se requerirán soluciones novedosas para que las células solares funcionen mejor en la conversión de energía.

Para aumentar la eficiencia de conversión de energía de las celdas solares por encima del 30%, se requieren pilas de dos o más capas absorbentes (celdas de unión múltiple). Las células solares en tándem, que se fabrican con dos tipos diferentes de materiales fotovoltaicos, es un área de investigación candente.
En su último proyecto, el profesor asistente Hou y su equipo abren nuevos caminos en el campo de las células solares en tándem de perovskita/orgánicas. Su descubrimiento abre la puerta a las células solares en tándem de película delgada que son livianas y flexibles, que podrían tener una amplia gama de aplicaciones, como persianas, vehículos, botes y otros dispositivos móviles que funcionan con energía solar.

Avance en la eficiencia de conversión de energía

Una celda solar en tándem consta de dos o más subceldas conectadas eléctricamente mediante capas de interconexión (ICL). La ICL juega un papel fundamental en la determinación del rendimiento y la reproducibilidad de un dispositivo. Una ICL eficaz debe ser químicamente inerte, eléctricamente conductora y ópticamente transparente.

Aunque las células solares en tándem de perovskita/orgánicas son atractivas para la energía fotovoltaica de película delgada de próxima generación, su eficiencia va a la zaga de otros tipos de células solares en tándem. Para hacer frente a este desafío tecnológico, el profesor adjunto Hou y su equipo desarrollaron una ICL novedosa y eficaz que reduce las pérdidas de voltaje, ópticas y eléctricas dentro de la celda solar en tándem. Esta innovación mejora significativamente la eficiencia de las células solares en tándem de perovskita/orgánica, logrando una tasa de conversión de energía del 23,6%.

“Nuestro estudio muestra el gran potencial de las células solares en tándem basadas en perovskita para futuras aplicaciones comerciales de tecnología fotovoltaica. Sobre la base de nuestro nuevo descubrimiento, esperamos mejorar aún más el rendimiento de nuestras células solares en tándem y ampliar esta tecnología”, dijo el profesor adjunto Hou.