Dos equipos de investigación independientes publicaron el 6 de julio en la revista Science un estudio según el cual la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares ha superado el 30%, concretamente de las células solares laminadas de perovskita/cristalinas.

Durante décadas, las células solares de silicio monocristalino han sido la principal fuerza de la industria fotovoltaica. La eficiencia de conversión actual puede alcanzar más del 24%, pero está sujeta al límite de eficiencia teórica de aproximadamente el 29,4%. Para superar esta limitación y promover aún más el uso de la energía solar, los científicos han estado explorando nuevas arquitecturas de materiales para innovar dispositivos, incluida la conexión de dos o más células solares en serie.

Las células solares de perovskita han recibido amplia atención desde que aparecieron por primera vez en 2009. Por un lado, están intentando mejorar la eficiencia de la conversión fotoeléctrica para poder entrar en el mercado fotovoltaico existente basado en silicio y, por otro lado, están intentando combinarse con silicio para formar una nueva batería: células solares laminadas de perovskita/silicio cristalino.

En esta batería laminada, la batería de perovskita se depositará encima de la batería de silicio cristalino. "Los dos pueden capturar eficazmente diferentes partes del espectro solar para hacer un mejor uso de la energía solar". Dijo Qin Xinyu del Instituto Federal de Tecnología en Lausana, Suiza (el primer autor y autor correspondiente de uno de los nuevos estudios). Por ejemplo, en comparación con el silicio, los materiales de perovskita pueden utilizar componentes de mayor energía, como la luz azul o la luz ultravioleta. De esta manera, "al combinar la salida de dos subbaterías, la batería laminada puede lograr una mayor producción de energía que una batería de unión única".

Sin embargo, en la actualidad, las células solares laminadas de perovskita/silicio cristalino todavía enfrentan algunos desafíos clave, uno de los cuales son las pérdidas por recombinación en la interfaz entre la superficie superior de la subcélula de perovskita y la capa de transporte electrónico. La pérdida compuesta se refiere a la recombinación de portadores fotoicos (electrones y huecos) antes de ser recolectados y utilizados, lo que resulta en una pérdida de eficiencia. Explicó Qin Xinyu.

Para resolver este problema, Qin Xinyu y otros introdujeron un aditivo a base de ácido fosfórico para regular el proceso de cristalización de la perovskita. Los resultados muestran que este método puede pasar eficazmente la interfaz entre la capa de perovskita y la capa de transmisión electrónica, reduciendo así la pérdida compuesta que afectará el rendimiento general de la batería. Las células solares laminadas de perovskita/silicio cristalino resultantes tienen una eficiencia de conversión fotoeléctrica certificada del 31,25%, más del 30%. Esto confirma una vez más el gran potencial de la tecnología de células solares laminadas", afirmó Qin Xinyu.

Kong Wenchi (que no participó en estos dos nuevos estudios), del grupo de investigación de Tan Hairen de la Universidad de Nanjing, también comentó al respecto: "La eficiencia de las baterías laminadas ha excedido el límite de eficiencia teórica de las células solares de unión simple, lo cual es de gran importancia". para impulsar el desarrollo de la industria fotovoltaica." En enero de este año, el equipo de Tan Hairen y sus colaboradores publicaron un estudio en la revista Advanced Materials, desarrollando una estrategia de aditivos aniónicos orgánicos para ayudar a la cristalización de perovskita, y finalmente lograron una eficiencia de conversión fotoeléctrica de aproximadamente el 28% de perovskita/cristalina. Células solares laminadas de silicio.

Además, Steve Albrecht (autor correspondiente de otro estudio) del Centro de Materiales y Energía de Berlín en Helmholz, Alemania, dirigió otro nuevo estudio. A diferencia de la investigación del equipo de Qin Xinyu, el equipo de Albrecht utiliza una molécula de yoduro de piperazinio (PI) de doble función, que se encuentra entre la capa de perovskita y la capa de transporte de electrones. Juega principalmente un papel de puente en esta interfaz y reduce las pérdidas compuestas. Dijo Kong Wenchi. Al mismo tiempo, promueve la capa de transporte de electrones para extraer electrones de la capa de perovskita, mejorando así la eficiencia de la transmisión electrónica. La eficiencia de conversión certificada de esta célula solar laminada ha alcanzado el 32,5%.

Vale la pena señalar que los prototipos descritos en estos dos nuevos estudios se limitan al tamaño del laboratorio y la vida útil no es satisfactoria: después de decenas o cientos de horas, la eficiencia de conversión se reducirá al 80% inicial. Por el contrario, las células solares de silicio monocristalino disponibles en el mercado aún pueden mantener más del 85% de la eficiencia inicial después de 25 años de funcionamiento.

Qin Xinyu dijo que "no le sorprendió" este avance, porque sabían que estos materiales tenían el potencial de lograr una eficiencia de conversión de más del 30%, y los resultados ahora demuestran que esta tecnología solar es prometedora. Sin embargo, para ingresar al mercado fotovoltaico, es necesario mejorar aún más la tecnología relevante, lo que "se espera que lleve de 5 a 10 años", dijo Qin Xinyu.