En Neuchâtel, los científicos de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) han desarrollado una célula solar en tándem capaz de proporcionar una eficiencia certificada del 29,2 %. Este resultado se logró combinando una celda solar de perovskita con una celda solar de silicio texturizado.
Las células solares de silicio se utilizan ampliamente, pero su eficiencia de conversión sigue siendo limitada. Por lo tanto, debería alcanzar un máximo de alrededor del 27 % en un futuro próximo, debido a las restricciones termodinámicas inherentes al proceso. Por lo tanto, los paneles equipados con este tipo de celdas solares alcanzarán una eficiencia de alrededor del 23 al 25% como máximo.
Sin embargo, estas restricciones pueden superarse combinando el silicio con una segunda celda solar que absorbe la radiación azul y verde del espectro solar para aprovecharla de manera más eficiente. Estas dos células forman así un “tándem”. Entre los diferentes materiales que se pueden utilizar para este tándem, las perovskitas basadas en haluros han demostrado recientemente ser la mejor alternativa posible para aumentar la eficiencia del silicio sin generar costes adicionales de fabricación excesivos.
El truco del haluro
Uno de los obstáculos fue encontrar una manera de recubrir uniformemente la superficie de silicio rugosa o texturizada intencionalmente con una capa delgada de perovskita a base de haluro. Se utiliza una superficie texturizada para minimizar el reflejo de la luz. Este tipo de sistema ya se encuentra en todas las celdas de silicio cristalino disponibles comercialmente.
Los científicos del Laboratorio de Películas Delgadas Electrónicas y Fotovoltaicas (PV-lab) de la EPFL, bajo la dirección de Christophe Ballif, desarrollaron un método para distribuir uniformemente las capas de perovskita sobre silicio texturizado en 2018. Los dispositivos desarrollados para demostrar la viabilidad del concepto logran una eficiencia del 25,2%.
Ahora, los investigadores han mejorado el proceso de cristalización de la perovskita y han desarrollado capas ultratransparentes con células solares en tándem con una eficiencia del 29,2 % en un área de 1 cm2. Esta eficiencia ha sido certificada por el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) en Alemania, lo que representa un nuevo récord mundial para un dispositivo de perovskita de silicio completamente texturizado.
Comercialización
Sin embargo, este es solo el primer paso. El equipo de investigadores ya ha identificado una nueva forma de lograr rendimientos superiores al 30% aprovechando la fuerte corriente eléctrica que proporciona la textura de silicio.
“Se necesitarán varios años más de investigación y desarrollo para comercializar esta tecnología y los procesos de fabricación correspondientes”, explica Christophe Ballif.
“Uno de los grandes desafíos será desarrollar celdas solares que puedan permanecer en los tejados sin degradarse durante más de 25 años. Pero lograr una mayor eficiencia sin cambiar la textura del silicio será muy interesante para la industria fotovoltaica. Este descubrimiento ofrece perspectivas prometedoras para reducir el costo de producción de electricidad por kWh, al producir más energía en la misma superficie.
*Esta investigación fue realizada por el equipo del laboratorio fotovoltaico en Neuchâtel integrados por Xin Yu Chin, Deniz Turkay y Christian Wolff, en colaboración con los ingenieros del CSEM Brett Kamino, Florent Sahli y Quentin Jeangros. Los trabajos fueron subvencionados por la Oficina Federal de Energía de Suiza, la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza, la UE y SIG.
Anibal Parizzia
01/05/2022