Células solares en tándem con perovskita: las nanoestructuras ayudan de muchas maneras
Las nanotexturas personalizadas pueden ayudar a mejorar los materiales semiconductores de perowskita a diversos niveles
A finales de 2021, los equipos de HZB habían presentado células solares en tándem de silicio de perovskita con una eficiencia cercana al 30%. Este valor constituía un récord mundial desde hacía ocho meses, mucho tiempo para este campo de investigación tan disputado. En la revista Nature Nanotechnology, los científicos describen cómo lograron este valor récord con una estructuración nanoóptica y revestimientos reflectantes.
Microscopía electrónica de barrido de células en tándem de silicio perovskita en sección transversal con nanotextura y capa retrorreflectora (dorada).
© P. Tockhorn/HZB
Las células solares en tándem de perovskita y silicio permiten alcanzar eficiencias significativamente mayores que las células solares de silicio por sí solas. Las células en tándem de HZB ya han logrado varios récords mundiales. Recientemente, en noviembre de 2021, los equipos de investigación de HZB lograron una eficiencia certificada del 29,8% con una célula en tándem hecha de perovskita y silicio. Este fue un récord mundial absoluto que se mantuvo imbatido en la cima durante ocho meses. No fue hasta el verano de 2022 que un equipo suizo de la EPFL logró superar este valor.
Fuerzas unidas
Tres equipos del HZB han colaborado estrechamente para la célula en tándem que ha batido el récord. Ahora presentan los detalles en Nature Nanotechnology. La revista también les invitó a escribir un informe de investigación, en el que resumen su trabajo y dan una perspectiva de los futuros desarrollos.
Las texturas mejoran el rendimiento
"Nuestras competencias se complementan muy bien", afirma la Prof. Dra. Christiane Becker, que desarrolló la célula récord del mundo con el equipo dirigido por el Dr. Bernd Stannowski (célula inferior de silicio) y el Prof. Dr. Steve Albrecht (célula superior de perovskita). El equipo de Becker introdujo una estructura nanoóptica en la célula tándem: una nanotextura suavemente ondulada en la superficie del silicio. "Lo más sorprendente es que esta textura aporta varias ventajas a la vez: reduce las pérdidas por reflexión y garantiza una formación más regular de la película de perovskita", dice Becker. Además, una capa amortiguadora dieléctrica en la parte posterior del silicio reduce la absorción parasitaria en las longitudes de onda del infrarrojo cercano.
Como conclusión, los investigadores sostienen: las nanotexturas personalizadas pueden ayudar a mejorar los materiales semiconductores de perowskita a diversos niveles. Estos resultados no sólo son valiosos para las células solares en tándem de perovskita y silicio, sino también para los diodos emisores de luz basados en perovskita.
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Publicación original
Philipp Tockhorn, Johannes Sutter, Alexandros Cruz, Philipp Wagner, Klaus Jäger, Danbi Yoo, Felix Lang, Max Grischek, Bor Li, Jinzhao Li, Oleksandra Shargaieva, Eva Unger, Amran Al-Ashouri, Eike Köhnen, Martin Stolterfoht, Dieter Neher, Rutger Schlatmann, Bernd Rech, Bernd Stannowski, Steve Albrecht, Christiane Becker; Nano-optical designs for high efficiency monolithic perovskite-silicon tandem solar cells; Nature Nanotechnology (2022)
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