Un equipo de científicos ha desarrollado una célula solar en tándem que combina dos materiales para convertir la luz del sol en electricidad. Su técnica podría ayudar a incrementar la cantidad de energía generada a un coste razonable.
Los sistemas fotovoltaicos, que obtienen energía sostenible y limpia del sol, continúan proliferando más rápidamente que cualquier otra fuente de energía renovable gracias a que su coste sigue bajando. En ese sentido, las celdas fotovoltaicas basadas en silicio dominan el mercado por su elevada eficiencia y estabilidad con unos bajos costes de fabricación. Sin embargo, otros dispositivos basados en la tecnología emergente de la perovskita también han captado la atención del sector. Esta tecnología parece ser especialmente prometedora, porque puede utilizarse para incrementar aún más la eficiencia de las celdas de silicio.
Un equipo de investigadores con el apoyo parcial del proyecto financiado con fondos europeos CHEOPS ha combinado celdas basadas en perovskita y silicio en una estructura en "tándem" con el fin de ofrecer más potencia de la que ninguna celda podría gestionar por sí sola. Su celda fotovoltaica logró una eficiencia del 25,2%. Los hallazgos del estudio se publicaron en la revista Nature Materials. Este estudio muestra un proceso a medida de depósito de la perovskita que es plenamente compatible con las celdas base de silicio monocristalino existentes y que puede lograr una "eficacia de conversión de energía superior al 30% a un coste razonable".
Tal como cita un artículo publicado en el sitio web del proyecto, el coautor Quentin Jeangros explica: "La superficie del silicio consiste en una serie de pirámides de unas cinco micras que atrapan la luz y evitan que se refleje. Sin embargo, la textura de esta superficie dificulta la aplicación de una capa fina de perovskita".
Cuando esta se deposita en estado líquido, como suele hacerse, se acumula en los valles entre las pirámides y deja las puntas al descubierto. Esto genera cortocircuitos. Científicos de la "École Polytechnique Fédérale" de Lausana y del "Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique" abordaron este problema utilizando métodos de evaporación para crear una capa base inorgánica que cubre totalmente las pirámides antes de depositar los componentes orgánicos de la perovskita de una solución. Un paso de hibridación a baja temperatura cristaliza después el absorbedor de perovskita. Las células solares en tándem se benefician de la textura del silicio porque facilita una corriente fotoeléctrica récord y, así, un elevado rendimiento.
Florent Sahli, el principal autor del estudio, añade: "Hasta ahora, el método estándar de fabricación del tándem perovskita/silicio consistía en allanar las pirámides de la celda de silicio antes de depositar la celda de perovskita encima, lo cual reducía sus propiedades ópticas y, por consiguiente, su rendimiento. Este proceso añadía, además, pasos al proceso de fabricación".
INTEGRACIÓN EN LAS LÍNEAS DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA EXISTENTES
Los procesos desarrollados en esta investigación han sido concebidos para incorporar solamente unos pocos pasos específicos a la fabricación de la celda base de silicio. Así, los fabricantes de estas celdas no tendrán que adoptar una tecnología fotovoltaica completamente nueva al aplicar una celda superior de perovskita. A pesar del gran avance logrado por el equipo, queda trabajo por hacer antes de que esta tecnología pueda ser adoptada comercialmente, especialmente en relación con la estabilidad a largo plazo.
El proyecto en curso CHEOPS (Production technology to achieve low Cost and Highly Efficient phOtovoltaic Perovskite Solar cells) tiene por objeto acercar al mercado materiales de perovskita fotoactivos y compuestos sintéticos que comparten la estructura cristalina con la perovskita, mineral de origen natural que debe su nombre al mineralogista ruso Lev Perovski.
Según se explica en el sitio web del proyecto: "desde entonces, a escala de laboratorio, la conversión de energía a través de dispositivos de perovskita avanzó rápidamente hasta eficiencias superiores al 20%. Sin embargo, se han hecho pocos intentos por aplicar el modelo a mayor escala, y estos han dado lugar a eficiencias considerablemente reducidas, por debajo del 9%. Además, todavía se están debatiendo cuestiones sobre la estabilidad del material y los procedimientos de medición fiables".
Referencia bibliográfica:
Florent Sahli et al., 2018. Fully textured monolithic perovskite/silicon tandem solar cells with 25.2% power conversion efficiency. Nature Materials. DOI: 10.1038/s41563-018-0115-4
