Nuevo récord en fotovoltaica: una célula solar de perovskita y CIGS convierte el 25,5% de la luz en electricidad

Un equipo de investigadores del Centro Helmholtz de Berlín para Materiales y Energía (HZB) y del Center for the Science of Materials Berlin (CSMB), de la Universidad Humboldt de Berlín, ha establecido un nuevo récord de eficiencia para una célula solar tándem basada en perovskita y CIGS (seleniuro de cobre, indio y galio). El dispositivo ha logrado convertir el 25,5% de la luz solar en electricidad, superando la anterior marca del 24,6% para esta combinación de materiales y este tamaño de célula.

El nuevo hito cobra especial relevancia porque la célula cuenta con una superficie de 1,081 centímetros cuadrados, un requisito indispensable para figurar en la denominada "tabla de récords", que solo admite dispositivos con un área superior a un centímetro cuadrado. A diferencia de la conocida tabla NLR —anteriormente NREL—, que registra la máxima eficiencia alcanzada por cada tecnología independientemente del tamaño de la muestra, esta clasificación exige que los resultados se obtengan en dispositivos de dimensiones más representativas para futuras aplicaciones.

Optimización

El avance se ha conseguido en el marco del proyecto europeo SOLMATES mediante la optimización tanto de los materiales como de la arquitectura de la célula. Según explicó el investigador Guillermo Farías Basulto, el equipo empleó células inferiores de CIGSe con diferentes anchos de banda prohibida, de 1,05 y 1,1 electronvoltios, además de dos espesores distintos de óxido de zinc dopado con aluminio y diversas configuraciones estructurales. Estas modificaciones se sumaron a las mejoras introducidas desde el anterior récord, permitiendo incrementar la eficiencia del dispositivo.

Los investigadores también centraron sus esfuerzos en reducir las pérdidas por recombinación de cargas en las interfaces y aumentar la estabilidad de la célula. Para ello, la química Wuai Zhang evaluó distintas combinaciones de óxido de níquel (NiOx) y monocapas autoensambladas (SAM) como material de transporte de huecos. Además, perfeccionó el procesamiento del contacto selectivo de electrones regulando la velocidad inicial de evaporación térmica del Buckminsterfullereno (C60) sobre una capa ultrafina de fluoruro de litio (LiF), utilizada como capa de pasivación.

Aplicaciones prácticas

Aunque la célula récord mantiene un tamaño reducido, los investigadores ya han trasladado esta tecnología a un formato más próximo a aplicaciones prácticas. Dentro del mismo proyecto SOLMATES, Nicolas Otto, de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Berlín (HTW), y Thede Mehlhop, del HZB, fabricaron un mini módulo con una arquitectura de materiales similar que alcanzó una eficiencia cercana al 19,7% sobre una superficie de 2,25 centímetros cuadrados.

Los responsables del proyecto consideran que este nuevo récord no representa el límite de la tecnología. De acuerdo con Farías Basulto, los modelos físicos de la arquitectura desarrollada indican que el 25,5% constituye únicamente un paso intermedio, ya que las pruebas internas realizadas con configuraciones similares han alcanzado eficiencias de hasta el 27,5%, lo que apunta a un margen de mejora significativo para las futuras generaciones de células solares tándem de perovskita y CIGS.