Casi un 30% de eficiencia para las células solares en tándem de nueva generación
Récord mundial de nuevo en HZB
Tres equipos de HZB dirigidos por la profesora Christiane Becker, el profesor Bernd Stannowski y el profesor Steve Albrecht han conseguido aumentar conjuntamente la eficiencia de las células solares en tándem de silicio perovskita fabricadas completamente en HZB hasta un nuevo valor récord del 29,80%. Este valor ha sido certificado oficialmente y está documentado en los gráficos del NREL. Con ello, la marca del 30% está al alcance de la mano.
La célula en tándem de silicio de perovskita se basa en dos innovacion Una cara frontal nanotexturada ( izquierda) y una cara posterior con reflector dieléctrico (derecha).
© Alexandros Cruz /HZB
Los módulos solares actuales están hechos principalmente de silicio, y las posibilidades de seguir aumentando la eficiencia ya se han explotado en gran medida. Pero desde 2008, la clase de material de las "perovskitas de haluro metálico" ha pasado a ser el centro de la investigación: estos compuestos semiconductores convierten muy bien la luz solar en energía eléctrica y aún ofrecen mucho margen de mejora. En concreto, pueden combinarse con células solares de silicio para crear células solares en tándem que utilicen la luz solar de forma mucho más eficiente.
Una carrera de récords
En HZB, varios grupos han estado trabajando intensamente desde 2015 tanto en los semiconductores de perovskita como en las tecnologías de silicio y en la combinación de ambos en innovadoras células solares en tándem. En enero de 2020, HZB había logrado el récord del 29,15% para una célula solar en tándem de silicio de perovskita y publicó el trabajo en la revista Science. Luego, antes de la Navidad de 2020, la empresa Oxford PV pudo anunciar una eficiencia certificada del 29,52%. Desde entonces, la apasionante carrera por conseguir nuevos récords está en marcha. "Una eficiencia del 30% es como un umbral psicológico para esta nueva y fascinante tecnología que podría revolucionar la industria fotovoltaica en un futuro próximo", explica Steve Albrecht, que trabaja en películas delgadas de perovskita en el laboratorio HySPRINT de HZB. Bernd Stannowski, jefe del grupo de tecnología del silicio, añade: "Destacaría especialmente la buena cooperación entre los diferentes grupos e institutos del HZB. Así es como hemos conseguido desarrollar estas nuevas células solares en tándem íntegramente en HZB y obtener una vez más el récord mundial."
Certificación oficial
La investigación y el desarrollo recientes se centraron en la mejora óptica de la célula inferior de heterojunción de silicio. Se añadió una cara frontal nanotexturada y un reflector trasero dieléctrico. Ahora ha llegado la confirmación oficial por parte del Fraunhofer ISE CalLab: "Nuestras nuevas células solares en tándem de silicio de perovskita han sido certificadas de forma independiente con un récord mundial de eficiencia del 29,80%", afirma encantada Christiane Becker, experta en nanoestructuras en células solares y sus efectos en las propiedades ópticas y eléctricas.
Silicio nanotexturizado
Para el nuevo trabajo, el Dr. Philipp Tockhorn (grupo de Albrecht) y el estudiante de doctorado Johannes Sutter (grupo de Becker) investigaron cómo afectan las nanoestructuras de las distintas interfaces al rendimiento de una célula solar en tándem, formada por una célula solar de perovskita sobre otra de silicio. En primer lugar, utilizaron una simulación informática para calcular la densidad de fotocorriente en las subceldas de perovskita y silicio para diferentes geometrías con y sin nanotexturas. A continuación, produjeron células solares de perovskita y silicio en tándem con diferentes texturas: "Incluso el nanotexturizado de una cara mejora la absorción de la luz y permite una mayor fotocorriente en comparación con una referencia plana", dice Sutter. Y su colega Tockhorn añade: "Sorprendentemente, las nanotexturas también conducen a una ligera mejora de la calidad electrónica de la célula solar en tándem y a una mejor formación de la película de las capas de perovskita".
Reflector dieléctrico
También se introdujeron mejoras en la parte posterior de la célula solar en tándem, que está diseñada para reflejar la luz infrarroja hacia el absorbedor de silicio. "Al utilizar un reflector dieléctrico, pudimos utilizar esta parte de la luz solar de forma más eficiente, lo que dio lugar a una mayor fotocorriente", afirma el Dr. Alexandros Cruz Bournazou (grupo de Stannowski).
Las perspectivas son brillantes
Los resultados allanan el camino para nuevas mejoras. Las simulaciones sugieren que el rendimiento podría incrementarse aún más mediante la nanoestructuración de las capas absorbentes en ambas caras. Los investigadores están convencidos de que pronto se podrá alcanzar una eficiencia muy superior al 30%. La carrera está en marcha.
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