Reciclaje de fotones: la clave de las células solares de perovskita de alta eficiencia
La emisión de luz adicional se consigue reciclando recursivamente los fotones atrapados en las perovskitas
Científicos de la Universidad Técnica de Dresde, en colaboración con investigadores de la Universidad Nacional de Seúl (SNU) y la Universidad de Corea (KU), han demostrado el papel de la reutilización de fotones (conocido como "reciclaje de fotones") y los efectos de la dispersión de la luz en las células solares de perovskita, lo que proporciona una vía para la conversión de energía solar de alta eficiencia.
La emisión de luz adicional se consigue reciclando recursivamente los fotones atrapados en las perovskitas.
Dr. Changsoon Cho
Las perovskitas de haluro metálico están recibiendo gran atención como semiconductores de próxima generación para la conversión de energía solar. Desde la primera demostración de una eficiencia del 3,8% en 2009, las eficiencias han aumentado rápidamente y las células solares de perovskita más modernas presentan eficiencias elevadas superiores al 25%, cercanas a las eficiencias récord de la fotovoltaica de silicio. Este rápido crecimiento durante la última década plantea la cuestión de si las células solares de perovskita podrán alcanzar el límite superior (termodinámico) de la eficiencia fotovoltaica, que se sabe que es del 34% en los semiconductores de unión simple. Para acercarse a este objetivo, se sabe teóricamente que la célula solar no sólo debe ser un buen absorbente de luz, sino también un buen emisor de luz.
Los investigadores del Centro Integrado de Física Aplicada y Materiales Fotónicos (IAPP) de la Universidad Técnica de Dresde destacaron el papel del efecto de reciclaje de fotones. Cuando un fotón se irradia en el interior de semiconductores reabsorbentes como las perovskitas, puede ser reabsorbido por el propio emisor y generar un nuevo fotón mediante fotoluminiscencia. Este proceso de reabsorción y reemisión recursiva de fotones se denomina reciclaje de fotones. Aunque este fenómeno ha sido demostrado anteriormente por varios grupos de investigación, su contribución práctica a la eficiencia de las células solares de perovskita ha sido objeto de un amplio debate. Basándose en los dispositivos preparados por los grupos de la SNU y la KU, los investigadores del IAPP descubrieron que el reciclaje de fotones y los efectos de dispersión de la luz mejoran en gran medida la eficiencia de la emisión de luz por un factor de ~5, mejorando significativamente el fotovoltaje de las células solares de perovskita.
Su trabajo revela las ventajas prácticas del reciclaje de fotones en las células solares de perovskita. "Las perovskitas ya son buenas absorbentes. Ahora es el momento de mejorar su capacidad de emisión de luz, para aumentar aún más sus ya altas eficiencias de conversión de energía", dice el Dr. Changsoon Cho, que dirigió el trabajo como investigador Humboldt en el IAPP. "Comprender el reciclaje de fotones es un paso crucial en esta dirección". El trabajo predice que la contribución del reciclaje de fotones, junto con la supresión de diversas pérdidas optoeléctricas, conducirá a un mayor aumento del rendimiento en el futuro. Utilizando el reciclaje de fotones, el límite superior de la eficiencia de las células solares de perovskita pasa del 29,2% al 31,3%.
"Con los conocimientos fundamentales sobre el papel del reciclado de fotones, tenemos una posibilidad única de mejorar aún más la eficiencia de las células solares de perovskita, ofreciendo así a esta tecnología unas perspectivas aún más brillantes para competir con la bien establecida energía fotovoltaica basada en el silicio", añade la profesora Yana Vaynzof, catedrática de Tecnologías Electrónicas Emergentes en el Instituto de Física Aplicada y el Centro para el Avance de la Electrónica de Dresde (cfaed). De hecho, las mejoras en el potencial de las células solares de perovskita motivan a seguir persiguiendo la comercialización de esta tecnología. "Nuestra investigación demuestra el potencial de la tecnología, pero es necesario un esfuerzo mucho mayor en investigación y desarrollo antes de que la tecnología pueda entrar en la producción en masa", afirma el profesor Karl Leo, director del IAPP y ganador del Premio al Inventor Europeo.
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