Células solares en tándem de doble capa altamente eficiente y estable

Un equipo de investigación ha desarrollado un nuevo tipo de célula solar que puede soportar los peligros ambientales y es 26.7% eficiente en la conversión de energía.



Células solares en tándem
Células solares en tándem - Estructura y rendimiento fotovoltaico para el dispositivo tándem de perovskita-Si.

Las células solares convierten la luz en energía, pero pueden ser ineficientes y vulnerables al medio ambiente. Degradando así, irónicamente, demasiada luz u otros factores, incluida la humedad y la baja temperatura. Un equipo de investigación internacional ha desarrollado un nuevo tipo de célula solar en tándem que puede soportar los peligros ambientales y es 26.7% eficiente en la conversión de energía.

Los investigadores, dirigidos por Byungha Shin, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de KAIST, se centraron en desarrollar una nueva clase de material absorbente de luz, llamada perovskita de banda ancha. El material tiene una estructura cristalina altamente efectiva que puede procesar las necesidades de energía. Pero puede volverse problemático cuando se expone a riesgos ambientales, como la humedad. Los investigadores han progresado un poco al aumentar la eficiencia de las células solares basadas en perovskita. Pero el material tiene un mayor potencial que el que se había logrado anteriormente.

Para lograr un mejor rendimiento, Shin y su equipo construyeron célula solares en tándem de doble capa.

En la que dos o más absorbentes de luz se apilan juntos para utilizar mejor la energía solar. Para utilizar la perovskita en estos dispositivos en tándem, los científicos modificaron la propiedad óptica del material. Esto le permite absorber un rango más amplio de energía solar. Sin el ajuste, el material no es tan útil para lograr células solares en tándem de alto rendimiento. Sin embargo, la modificación de la propiedad óptica de la perovskita conlleva una penalización: el material se vuelve enormemente vulnerable al medio ambiente, en particular a la luz.

Para contrarrestar la naturaleza delicada de la perovskita, los investigadores diseñaron combinaciones de moléculas que componen una capa bidimensional en la perovskita, estabilizando las células solares.

«Desarrollamos un material de perovskita de banda ancha de alta calidad. En combinación con células solares de silicio, logramos células tándem de perovskita-silicio de clase mundial».

Dijo Shin

Perovskita más eficiente y durable

El desarrollo solo fue posible debido al método de ingeniería, en el que la relación de mezcla de las moléculas que construyen la capa bidimensional se controlan cuidadosamente. En este caso, el material de perovskita no solo mejoró la eficiencia de la célula solar resultante sino que también ganó durabilidad. Conservando el 80% de su capacidad de conversión de energía inicial incluso después de 1,000 horas de iluminación continua. Según Shin, esta es la primera vez que se logra una eficiencia tan alta con una sola capa de perovskita de banda ancha sola.

«Dicha perovskita de banda ancha de alta eficiencia es una tecnología esencial para lograr una eficiencia ultraalta de las células solares en tándem (doble capa) de perovskita-silicio. Los resultados también muestran la importancia de la coincidencia de banda prohibida de las células superiores e inferiores en estas células solares en tándem».

Dijo Shin

Los investigadores, habiendo estabilizado el material de perovskita de banda ancha, ahora se centran en desarrollar células solares en tándem aún más eficientes. Se espera que tengan más del 30% de eficiencia de conversión de energía, algo que nadie ha logrado aún.

«Nuestro objetivo final es desarrollar células solares en tándem de ultra alta eficiencia que contribuyan al aumento de la energía solar compartida entre todas las fuentes de energía. Queremos contribuir a hacer que el planeta sea más saludable».

Afirmó Shin

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