El laboratorio fotovoltaico de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) ha llevado a cabo una investigación centrada, principalmente, en mejorar el rendimiento de las células solares de perovskita para avanzar en soluciones tándem más eficientes, combinando tanto el silicio tradicional como las perovskitas.
En el espacio de la tecnología solar, el campo emergente de las células solares de perovskita (PSC) ha ganado popularidad en la última década por ofrecer eficiencias de conversación de alta potencia (PCE). Sin embargo, en un campo dominado por las células solares de silicio, la tecnología relativamente nueva también debe cumplir con otros dos requisitos cruciales para poder comercializarse con éxito: estabilidad y escalabilidad.
Estos requisitos de comercialización establecen que las celdas solares deben mantener el 95% de su rendimiento inicial durante el periodo de garantía de los módulos convencionales de silicio cristalino, es decir, entre 25 y 30 años.
Prueba de calor húmedo
En un artículo de Science publicado recientemente, ‘Células solares de perovskita estables al calor húmedo con heterouniones 2D/3D de dimensionalidad personalizada’, los investigadores de KAUST informaron de un hito significativo a través de la primera prueba fotovoltaica exitosa de calor húmedo de PSC.
Esta prueba de humedad-calor es un test de envejecimiento ambiental acelerado y riguroso destinado a determinar la capacidad de los paneles solares para soportar la exposición prolongada a la penetración de alta humedad y temperaturas elevadas. La prueba se ejecuta durante 1.000 horas en un entorno controlado de 85% de humedad y 85 ºC, dirigida a replicar varios años de exposición al aire libre y evaluar factores como la corrosión y la delaminación.
Aplicadas a través de un proceso de recubrimiento de película delgada, las perovskitas son sensibles y se ven muy afectadas por la presencia de humedad. Esta vulnerabilidad de las películas de perovskita 3D permite una infiltración no deseada de agentes atmosféricos, como la humedad, con una resiliencia limitada frente al calor. La estabilidad es esencial para su funcionamiento.
Los investigadores de KAUST descubrieron que la ingeniería y la introducción de capas de pasivación de perovskita 2D bloquearon la humedad y mejoraron simultáneamente las eficiencias de conversión de energía y los PSC de por vida.
Propiedades de la perovskita
La especificidad de la perovskita es que es una tecnología de película delgada. Como es el caso de las células solares convencionales, todavía se requieren dos contactos hechos de tipos específicos de materiales. Uno recoge electrones y el otro recoge huecos cargados positivamente, que representan la ausencia de electrones.
A diferencia de las obleas de silicio, la tinta de perovskita se puede recubrir directamente sobre un sustrato de vidrio, junto con la extracción antisolvente, seguida de recocido térmico para cristalizar completamente la película de perovskita. La tinta se formula esencialmente a partir de una mezcla de sales en un disolvente aprótico polar a baja temperatura (normalmente inferior a 100 Celsius).
Una de las ventajas significativas es que los materiales precursores se pueden fabricar sin la necesidad de instalaciones costosas y entornos que consumen mucha energía y superan los 1.000 ºC grados, lo cual es típico para los semiconductores más tradicionales como el silicio.
Al alterar la composición, también es posible ajustar la sensibilidad espectral en todo el espectro de luz solar desde UV hasta infrarrojo, lo cual es bastante atractivo para ciertas aplicaciones.
Reto de la escalabilidad
El desafío restante, después del rendimiento y la estabilidad, es la escalabilidad. La mayoría de las aplicaciones de celdas solares se enfocan en sectores a escala de servicios públicos y paneles de techo. Si bien este último no es prominente en Arabia Saudita, los proyectos de servicios públicos que se llevan a cabo incluyen grandes campos fotovoltaicos en el desierto.
Los hallazgos de la investigación realizada por KAUST ayudarán a aumentar la confiabilidad de las células solares en tándem de perovskita-silicio.