Una célula solar en tándem que bate récords, ahora con explicaciones científicas precisas
Impresionante desarrollo en los últimos años
"Este logro ha sido posible porque en HZB hemos acumulado experiencia tanto en la tecnología de heterounión de silicio como en las células solares de perovskita y trabajamos en estrecha colaboración", afirma el Prof. Dr. Steve Albrecht, que dirige un grupo de investigación sobre células solares en tándem de perovskita en HZB. Por ejemplo, los expertos en perovskita del Laboratorio de Innovación HySPRINT y los expertos en silicio del Centro de Competencia Fotovoltaica (PVcomB) ya han establecido varios récords mundiales de eficiencia en células solares en tándem.
La célula solar en tándem, descrita ahora en detalle por primera vez en la revista Science, también fue noticia en diciembre de 2022 cuando estableció un nuevo récord mundial de eficiencia, al convertir el 32,5% de la luz solar incidente en energía eléctrica. Este récord mundial se mantuvo hasta mediados de abril de 2023, cuando lo batió un grupo del PV Lab del centro de investigación KAUST de Arabia Saudí. El campo de la investigación es extremadamente competitivo, con muchos grupos en todo el mundo trabajando en esta área. Ahora, el equipo de HZB ha vuelto a ser el primero en presentar una publicación técnica sólida y científicamente rigurosa, revisada por pares, con conjuntos de datos precisos procedentes de las mediciones, así como información detallada sobre la estructura de la célula en tándem.
Albrecht y su equipo se basaron principalmente en un compuesto de perovskita significativamente mejorado y en una sofisticada modificación de la superficie mediante una novedosa molécula de yoduro de piperazinio desarrollada por los investigadores postdoctorales Dra. Silvia Mariotti y Dr. Eike Köhnen. De este modo se suprimió en gran medida la recombinación de cargas y se redujeron significativamente las pérdidas asociadas. Mediante técnicas de medición especiales, los investigadores pudieron analizar en detalle los procesos fundamentales en las interfaces y en las capas individuales de la célula en tándem y optimizarlos a partir de un conocimiento más profundo. A continuación, los avances se combinaron y transfirieron a células solares en tándem, con nuevos ajustes en el electrodo superior para mejorar la óptica.
Muchos expertos de distintos institutos participaron en la producción y el desarrollo de las células en tándem: Por ejemplo, un grupo de la Universidad de Potsdam llevó a cabo mediciones optoelectrónicas avanzadas de las células individuales y en tándem; las nuevas moléculas para modificar la superficie se sintetizaron en el Centro Joxe Mari Korta de San Sebastián (España); y un equipo de la Universidad Técnica de Kaunas (Lituania) ayudó a procesar los nuevos compuestos de perovskita con una película de muy alta calidad. Sólo combinando todas las modificaciones fue posible alcanzar valores máximos de fotovoltaje (tensión en circuito abierto) y fotocorriente, y por tanto de eficiencia.
Impresionante desarrollo en los últimos años
En los últimos años, diversos institutos de investigación y empresas fotovoltaicas de todo el mundo no han dejado de mejorar la eficiencia de las células solares. Los dos últimos años, en particular, han sido muy emocionantes: equipos de la HZB alcanzaron a finales de 2021 un valor récord de algo menos del 30% (29,8%) para células solares en tándem de silicio y perovskita. Esto se consiguió introduciendo nanoestructuras periódicas especiales en las células solares. En el verano de 2022, la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, presentó una célula tándem certificada con una eficiencia del 31,3%. Desde diciembre de 2022 hasta mediados de abril de 2023, el récord mundial volvió a estar en HZB con un 32,5%, hasta que el KAUST Photovoltaics Laboratory de Arabia Saudí demostró en el laboratorio una célula en tándem de silicio perovskita con un 33,2%. KAUST incluso consiguió aumentarla hasta el 33,7% en mayo de 2023. "Estamos muy entusiasmados con estos tremendos avances en nuestra disciplina científica", afirma Albrecht. "Nos dan esperanzas de que esta tecnología pueda hacer una importante contribución a un suministro de energía sostenible en la lucha contra el cambio climático en los próximos años, porque el escalado y la producción industrial de células solares en tándem de perovskita/silicio también es factible".
El director científico de HZB, el profesor Bernd Rech, afirma: "La eficiencia de las células solares en tándem de silicio/perovskita se sitúa ahora en el rango que antes sólo alcanzaban los costosos semiconductores III/V". Las tecnologías para fabricar este tipo de células solares en tándem ya están disponibles en principio y son potencialmente baratas; ahora se trata de seguir mejorando en el ámbito de la estabilidad en uso al aire libre.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Interface engineering for high-performance, triple-halide perovskite–silicon tandem solar cells; Silvia Mariotti et al.; Science, 6 July 2023
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