Un equipo de científicos ha desarrollado una célula fotovoltaica en tándem que combina silicio y perovskita para convertir la luz del sol en electricidad. Su técnica podría ayudar a incrementar la cantidad de energía generada a un coste razonable.
Hasta ahora, las celdas fotovoltaicas basadas en silicio dominaban 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 empiezan a captar la atención del sector, por su capacidad de incrementar aún más la eficiencia de las celdas de silicio.
Este estudio muestra un proceso a medida de depósito de la perovskita que es plenamente compatible con las celdas base de silicio monocristalino
Un equipo de investigadores, con el apoyo del proyecto financiado con fondos europeos CHEOPS, ha combinado celdas basadas en silicio y perovskita 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 “eficiencia de conversión de energía superior al 30 % a un coste razonable”.
Tal como ha explicado el coautor del proyecto, Quentin Jeangros, “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.
El método de fabricación del tándem silicio y perovskita consistía en allanar las pirámides de la celda de silicio antes de depositar la celda de perovskita encima
Florent Sahli, el principal autor del estudio, ha añadido que “hasta ahora, el método estándar de fabricación del tándem silicio y perovskita 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”.
La integración del tándem silicio y perovskita en las líneas de producción
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
