Un proyecto de colaboración entre el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de Estados Unidos (NREL), el Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM) y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) ha probado una serie de celdas de unión múltiple en configuración tándem y ha logrado eficiencias de hasta el 35,9 %.
El equipo de investigadores ha probado una variedad de materiales basados en elementos de los grupos III-V, en configuraciones en tándem apiladas con células de silicio. Se midió una célula solar de doble unión, que combina una celda superior de arseniuro de galio (GaAs) y una célula de heterounión de silicio desarrollada por CSEM, al 32,8%, mientras que una célula de triple unión que también incorporaba una capa de fosfato de galio de indio (GaInP) alcanzó una eficiencia del 35,9%.
La eficiencia del 32,8% representa un nuevo récord para dos células solares de unión III-V / Si, rompiendo el récord anterior del grupo de investigación del 29,8% establecido en 2016. "Este logro es significativo porque muestra, por primera vez, que las células de silicio en tándem pueden proporcionar eficacia que compita con células multi-unión más costosas de materiales de los grupos III-V", dice la científica Adele Tamboli, de NREL. "Abre la puerta para desarrollar materiales y arquitecturas de celdas solares de múltiples juntas enteramente nuevas".
Las células en tándem son un área popular de investigación en energía fotovoltaica, gracias a su potencial para impulsar mayores eficiencias sin forzar a la industria a alejarse de las células solares de silicio, donde se han logrado enormes reducciones de costes en los últimos años.
Aunque la eficiencia lograda es impresionante, estas células están lejos de ser financieramente viables, ya que NREL estima un coste por vatio de 4,85 dólares para la célula de fosfato de galio indio (GaInP), y 7,15 dolares para la célula de arseniuro de galio (GaAs), sobre la base de un 30% de eficiencia. Los científicos estiman, sin embargo, que ajustando al 35% de eficiencia e incorporando ahorros de economías de escala que podrían lograrse aumentando la producción, el costo por vatio podría reducirse rápidamente a menos de 1 dólar / W. "Esta caída de precios no tiene precedentes", señala NREL. "Por ejemplo, el coste de los módulos fotovoltaicos fabricados en China cayó de $ 4,50 $ / W en 2006 a 1 $ / W en 2011".
NREL señala que, si los costes de una célula solar de los grupos III-V no pueden reducirse a estos niveles, entonces se necesitarán materiales más baratos. Los investigadores todavía subrayan, sin embargo, que este avance sirve como prueba de concepto para el uso de células de silicio en tándem con otros materiales de alta eficiencia, y los investigadores mencionan que CSEM también está estudiando el uso de perovskita para optimizar la relación coste / eficiencia solar.
"Estos récords muestran que la combinación de silicio cristalino y otros materiales es el camino a seguir si queremos mejorar la relación coste / eficiencia de la energía solar", afirma Christophe Ballif, director del centro fotovoltaico del CSEM. "Ello reafirma que las células solares multi-unión de silicio, cuando se integran en la estructura que hemos desarrollado, pueden generar eficiencias de conversión de celdas multi-unión superiores al 32%".
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