Célula solar de doble capa establece récord en generación de energía



Una célula solar de perovskita-CIGS desarrollada por los investigadores de UCLA Samueli convierte el 22.4 por ciento de la energía entrante del sol, un récord para este tipo de célula.
Una célula solar de perovskita-CIGS desarrollada por los investigadores de UCLA Samueli convierte el 22.4 por ciento de la energía entrante del sol, un récord para este tipo de célula.

Los científicos de materiales han desarrollado una célula solar de película delgada altamente eficiente. Genera más energía que los paneles solares típicos, gracias a su diseño de doble capa.

El dispositivo se fabrica rociando una capa delgada de perovskita en una célula solar disponible comercialmente. Se trata de un compuesto barato de plomo y yodo que ha demostrado ser muy eficiente para capturar energía de la luz solar. La célula solar que forma la capa inferior del dispositivo está hecha de un compuesto de cobre, indio, galio y seleniuro. Abreviado CIGS.

La nueva célula del equipo convierte el 22.4 por ciento de la energía entrante del sol. Un récord en eficiencia de conversión de energía para esta célula solar en tándem de perovskita-CIGS. El rendimiento fue confirmado en pruebas independientes en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU. El registro anterior, establecido en 2015 por un grupo en el Centro de Investigación Thomas J. Watson de IBM, fue del 10,9 por ciento. La tasa de eficiencia del dispositivo UCLA es similar a la de las células solares de polisilicio que actualmente dominan el mercado fotovoltaico.

La investigación, que se publicó en Science, fue dirigida por Yang Yang, Carol de UCLA y Lawrence E. Tannas Jr., profesor de Ciencia de los Materiales.

“Con nuestro diseño de células solares en tándem, estamos extrayendo energía de dos partes distintas del espectro solar en la misma área del dispositivo”, dijo Yang. “Esto aumenta la cantidad de energía generada por la luz solar en comparación con la capa CIGS sola”.

Yang agregó que la técnica de pulverización de una capa de perovskita podría incorporarse de manera fácil y económica en los procesos de fabricación de células solares existentes.

Composición y rendimiento de la célular solar en tándem

La capa base CIGS de la celda, de aproximadamente 2 micras (o dos milésimas de milímetro) de grosor, absorbe la luz solar y genera energía a un ritmo de 18,7 por ciento de eficiencia. Pero al agregar la capa de perovskita de 1 micra de espesor mejora su eficiencia. Muy parecido a como agregar un turbocompresor al motor de un automóvil puede mejorar su rendimiento. Las dos capas están unidas por una interfaz a nanoescala diseñada por los investigadores de UCLA; la interfaz ayuda al dispositivo a brindar un voltaje más alto. Esto aumenta la cantidad de energía que puede exportar.

Y todo el conjunto se asienta sobre un sustrato de vidrio de aproximadamente 2 milímetros de grosor.

“Nuestra tecnología aumentó el rendimiento de las células solares CIGS existentes en casi un 20% de su rendimiento original”. Dijo Yang. “Eso significa una reducción del 20% en los costos de energía”.

Añadió que los dispositivos que usan el diseño de dos capas podrían alcanzar una eficiencia de conversión de energía del 30%. Ese será el próximo objetivo del grupo de investigación.

Los autores principales del estudio son Qifeng Han, asociado de investigación visitante en el laboratorio de Yang, y Yao-Tsung Hsieh y Lei Meng, quienes recientemente obtuvieron su doctorado en UCLA. Los otros autores del estudio son miembros del grupo de investigación de Yang. También investigadores del Centro de Investigación Atsugi de Solar Frontier Corp, en Japón.

La investigación fue apoyada por la National Science Foundation y la Air Force Office of Scientific Research. Yang y su grupo de investigación han estado trabajando en células solares en tándem durante varios años. Sus logros incluyen el desarrollo de células solares en tándem transparentes que podrían utilizarse en las ventanas.


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