Los módulos fotovoltaicos en tándem de perovskita-silicio de cuatro terminales alcanzan una eficiencia del 30%

Investigadores holandeses de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU/e), en colaboración con Soliance Solar Research, trabajaron juntos para impulsar la eficiencia de conversión de las células solares en tándem más allá del límite de los módulos fotovoltaicos solares disponibles comercialmente en la actualidad.

Los investigadores esperan que su avance permita obtener más energía por metro cuadrado y menos costo por kWh. Además, la integración de estas células solares en la construcción y los elementos de construcción debería volverse más común, permitiendo que las áreas de superficie existentes se cubran con módulos solares fotovoltaicos.

Como explican los investigadores de TU/e, las células solares en tándem pueden alcanzar mayores eficiencias que las células solares de unión única gracias a una mejor utilización del espectro solar.

Módulos fotovoltaicos tándem y tándem de cuatro terminales

La tecnología actual de celdas solares en tándem combina la tecnología de silicio comercial para el dispositivo inferior con la tecnología de perovskita. Específicamente, la tecnología de perovskita presenta una conversión altamente eficiente de luz ultravioleta y visible, así como una excelente transparencia a la luz infrarroja cercana.

Mientras tanto, las celdas superior e inferior de las celdas solares en tándem de cuatro terminales (4T) pueden operar de forma independiente entre sí, lo que permite aplicar diferentes celdas inferiores. Esto significa que la tecnología PERC comercial, así como tecnologías más premium como la heterounión o TOPCon, o la tecnología de película delgada como CIGS, pueden implementarse en un dispositivo tándem de 4T sin apenas modificaciones en las células solares.

Investigadores de los Países Bajos y Bélgica han mejorado con éxito la eficiencia de las células de perovskita semitransparentes hasta en un 19,7 % con un área de 3 × 3 mm 2. Este resultado ha sido certificado de forma independiente por el laboratorio European Solar Test Installation (ESTI) en Italia.

De manera similar, el dispositivo de silicio apilado ópticamente debajo de la perovskita aporta una eficiencia del 10,4 % a la conversión total de energía solar. Combinados, la eficiencia de conversión de los dispositivos tándem 4T sin coincidencia de área de los investigadores alcanzó el 30,1 %.

"Este tipo de celda solar cuenta con un contacto posterior altamente transparente que permite que más del 93 % de la luz infrarroja cercana llegue al dispositivo inferior", dijo Mehrdad Najafi , de TNO (Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada), uno de los investigadores socios en Solliance Solar Research. "Este rendimiento se logró mediante la optimización de todas las capas de las células solares de perovskita semitransparentes utilizando simulaciones ópticas y eléctricas avanzadas como guía para el trabajo experimental en el laboratorio".

"El dispositivo de silicio es una celda solar de heterounión de 20 × 20 mm 2 de ancho que presenta una pasivación superficial optimizada, óxidos conductores transparentes y contactos frontales chapados en cobre para la extracción de portadores de última generación", agregó Yifeng Zhao, estudiante de doctorado en TU Delft, otro miembro de Solliance.

Potencial de los módulos fotovoltaicos en tándem de cuatro terminales

Sin embargo, según los investigadores, esta aplicación de módulos solares fotovoltaicos en tándem de cuatro terminales es solo el comienzo. La combinación de la celda de perovskita altamente transparente con otras tecnologías basadas en silicio, como el contacto posterior (celdas de contacto posterior interdigitadas y envolventes de metal) y las celdas solares TOPCon, ya ha brindado eficiencias de conversión cercanas al 30%.

Los investigadores creen que estos resultados demuestran el potencial de las células solares de perovskita altamente transparentes, así como su flexibilidad para combinarse con las tecnologías comercializadas existentes.

“Ahora conocemos los ingredientes y podemos controlar las capas que se necesitan para alcanzar una eficiencia de más del 30 %”, dijo el profesor Gianluca Coletti, gerente de programas de tecnología y aplicaciones fotovoltaicas en tándem en TNO.

“Una vez combinados con la experiencia en escalabilidad y el conocimiento acumulado en los últimos años para llevar materiales y procesos a un área grande, podemos enfocarnos con nuestros socios industriales para llevar esta tecnología con eficiencias superiores al 30 % a la producción en masa”, concluye Coletti.