Científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado una célula solar en tándem de perovskita/silicio de triple unión que puede alcanzar una eficiencia de conversión de energía del 27,1% en un área de absorción de energía solar de 1 cm cuadrado, lo que representa la célula solar en tándem de perovskita de triple unión de mejor rendimiento hasta el momento. Para lograrlo, el equipo diseñó una nueva célula solar de perovskita integrada con cianato, un material que es estable y energéticamente eficiente.
Las células solares se pueden fabricar en más de dos capas y ensamblarse para formar células solares de uniones múltiples para aumentar la eficiencia. Sin embargo, las tecnologías actuales de células solares de uniones múltiples plantean problemas como la pérdida de energía, que conduce a un bajo voltaje, y su inestabilidad durante el funcionamiento.
Para superar estos desafíos, un equipo de científicos de la Facultad de Diseño e Ingeniería (CDE) de NUS y del Instituto de Investigación de Energía Solar de Singapur (Seris) han alcanzado la integración exitosa de cianato en una célula solar de perovskita/silicio para desarrollar una célula solar en tándem de triple unión de última generación que supere el rendimiento de otras células solares de unión múltiple similares. El proceso experimental que condujo a este descubrimiento se publicó en la revista Nature.
Mayor eficiencia energética
El equipo de NUS experimentó con cianato, un pseudohaluro, como sustituto del bromuro, un ion del grupo de los haluro que se usa comúnmente en las perovskitas. Emplearon varios métodos analíticos para confirmar la integración exitosa del cianato en la estructura de perovskita y fabricaron una célula solar de perovskita integrada con cianato.
Un análisis más detallado de la estructura atómica proporcionó evidencia experimental de que la incorporación de cianato ayudó a estabilizar su estructura y formar interacciones clave dentro de la perovskita, lo que demuestra cómo es un sustituto viable de los haluros en las células solares basadas en perovskita.
Al evaluar el rendimiento, los científicos descubrieron que las células solares de perovskita con cianato pueden alcanzar un voltaje de 1,422 V en comparación con los 1,357 V de las células solares de perovskita convencionales, con una reducción significativa de la pérdida de energía. Los investigadores también probaron la nueva célula solar operándola continuamente a máxima potencia durante 300 horas en condiciones controladas. Después del período de prueba, la célula solar permaneció estable y funcionó por encima del 96% de su capacidad.
Célula solar de triple unión
El equipo de NUS llevó su descubrimiento al siguiente paso usándolo para ensamblar una célula solar en tándem de perovskita/silicio de triple unión. Los investigadores apilaron una célula solar de perovskita y una célula solar de silicio para crear una media célula de doble unión, proporcionando una base ideal para la unión de la célula solar de perovskita integrada con cianato.
Una vez ensamblada, los investigadores demostraron que a pesar de la complejidad de la estructura, se mantuvo estable y alcanzó una eficiencia récord mundial certificada del 27,1%. La eficiencia teórica de las células solares en tándem de perovskita de triple unión supera el 50%, lo que presenta un potencial significativo para futuras mejoras, especialmente en aplicaciones donde el espacio de instalación es limitado.
Ahora, los investigadores pretenden ampliar esta tecnología a módulos más grandes sin comprometer la eficiencia y la estabilidad. Las investigaciones futuras se centrarán en las innovaciones en las interfaces y la composición de la perovskita, dos áreas clave identificadas por el equipo para seguir avanzando en esta tecnología.