Científicos del Laboratorio de Electrónica de Película Delgada y Fotovoltaica de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en asociación con el centro suizo de innovación CSEM, han conseguido superar una eficiencia del 30% para las células solares en tándem de perovskita sobre silicio.
Certificados de forma independiente por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de los Estados Unidos, estos resultados son un impulso para la energía fotovoltaica de alta eficiencia y allanan el camino hacia una generación de electricidad solar aún más competitiva.
El aumento de la eficiencia de conversión de energía de las células solares es importante por dos razones. A la larga, es la forma más efectiva de reducir el costo nivelado de la electricidad. A corto plazo, es la mejor manera de promover la energía fotovoltaica para aplicaciones donde el espacio es limitado, por ejemplo, techos, fachadas, vehículos o incluso drones.
Reto: superar el límite de eficiencia del 29%
Sin embargo, todas las celdas solares están fundamentalmente limitadas por los materiales de los que están hechas, lo que a su vez afecta la eficiencia que pueden lograr. Las tecnologías de celdas solares más adoptadas hasta la fecha están hechas con silicio. Pero a pesar del éxito del silicio, tiene un límite de eficiencia teórico de alrededor del 29%. Las eficiencias actuales de esta tecnología están ligeramente por debajo del 27%, lo que deja un margen muy pequeño para futuras ganancias de eficiencia.
En la carrera innovadora para superar esta limitación, los científicos han agregado una o más celdas solares complementarias al silicio para formar celdas solares en tándem. La luz solar visible de mayor energía se absorbe en la celda superior, mientras que la luz infrarroja de menor energía se absorbe en la celda de silicio situada en la parte trasera del tándem. Las perovskitas de haluro se han identificado como un socio ideal para el silicio, ya que pueden convertir la luz visible en energía eléctrica de manera más eficiente en comparación con el silicio solo, sin aumentar demasiado los costos de fabricación.
Resultados
Los investigadores de Neuchâtel han logrado mejorar la eficiencia de dos tipos de tándems de perovskita sobre silicio. En primer lugar, adaptaron materiales y técnicas de fabricación para depositar capas de perovskita de alta calidad a partir de una solución sobre una superficie de silicio plana, alcanzando una eficiencia de conversión de energía del 30,93% para una célula solar de un centímetro cuadrado.
En segundo lugar, al trabajar en una nueva versión de una técnica de procesamiento híbrida de vapor/solución compatible con superficies de silicio texturizado, han producido una célula solar con una eficiencia de conversión de energía del 31,25% (nuevamente en un centímetro cuadrado).
Dos nuevos récords de eficiencia
Estos resultados constituyen dos nuevos récords mundiales: uno para el plano y otro para la arquitectura de dispositivos texturizados. El último enfoque proporciona una corriente más alta y es compatible con la estructura de las células solares de silicio industriales actuales.
El récord anterior de conversión de eficiencia para las células solares en tándem de perovskita sobre silicio lo estableció en 2021 un equipo del Helmholtz Zentrum Berlin, que logró un 29,8%. Los nuevos registros de EPFL y CSEM fueron certificados de forma independiente por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de los Estados Unidos.
Los investigadores explican que estos resultados de alta eficiencia ahora requerirán más investigación y desarrollo para permitir su escalamiento a áreas de superficie más grandes y garantizar que estas nuevas celdas puedan mantener una salida de energía estable durante una vida útil estándar.