¿Es la célula solar de perovskita el futuro de las células solares convencionales?


Los investigadores han desarrollado una célula solar de perovskita de triple unión con una eficiencia sin precedentes para reducir los costes de fabricación de las células solares de silicio convencionales.

Desde la izquierda, Leiwei Zeng, Zaiwei Wang y Hao Chen muestran muestras de células solares de perovskita de triple unión que muestran una ganancia récord en eficiencia. Crédito de la foto: Tyler Irving, Universidad de Toronto

Las celdas solares requieren una sola oblea de silicio de alta pureza, lo que requiere un consumo de energía significativo durante la fabricación. Las células solares convencionales utilizadas en un diseño multicapa se enfrentan a desafíos como la baja eficiencia y la reducción de la durabilidad.

Un equipo de investigación de la Universidad de Toronto ha desarrollado una célula solar de perovskita altamente eficiente superando las limitaciones del diseño tradicional de células solares. El prototipo representa un avance notable y tiene el potencial de servir como una alternativa de bajo costo a las células solares de silicio. Las perovskitas permiten apilar múltiples capas absorbentes de luz, incluso en celdas de silicio tradicionales, y también reducen los costos de fabricación. Las células solares de perovskita utilizan películas policristalinas recubiertas con técnicas económicas similares a la impresión.

Los cristales de perovskita en las películas se pueden variar para absorber diferentes longitudes de onda, lo que permite un uso eficiente del espectro solar, a diferencia del silicio, que absorbe longitudes de onda fijas. Las células multicapa tienen como objetivo absorber fotones de alta frecuencia y longitud de onda corta del extremo violeta del espectro mediante el uso de una capa superior de perovskitas de banda prohibida ancha. Los desafíos de separación de fases inducidos por la luz ocurren en la capa superior, donde se absorben los fotones de alta energía, mientras que las capas posteriores absorben las longitudes de onda media y más larga. El equipo de investigación utilizó material de perovskita ABX3, que contiene cesio, plomo, estaño, yodo, bromo y moléculas orgánicas, con una capa superior de perovskitas de haluro mixto ricas en bromo y yodo.

La separación de fases inducida por la luz en perovskitas mixtas separa las fases ricas en bromo de las ricas en yodo debido al bombardeo de fotones de alta frecuencia. Como resultado, aumentan los defectos y disminuye el rendimiento general. El equipo de investigación utilizó modelos informáticos para proponer soluciones al problema: una estructura de perovskita completamente inorgánica eliminando moléculas orgánicas e introduciendo rubidio. La introducción de rubidio suprime el problema de la separación de fases inducida por la luz. Las perovskitas inorgánicas mixtas de rubidio/cesio muestran una estabilidad a la luz superior en comparación con otros materiales de perovskita, como p. B. perovskitas a base de cesio híbridas orgánicas-inorgánicas e inorgánicas generalizadas con brechas de banda similares. Utilizando esta información, el equipo construyó una celda de triple unión con esta composición, que logró una eficiencia del 24,3 por ciento y un voltaje de circuito abierto de 3,21 voltios. Este nuevo diseño retuvo el 80 por ciento de su eficiencia original después de 420 horas de funcionamiento.

Los investigadores creen que las células solares de perovskita necesitan más mejoras de rendimiento para ser comercialmente competitivas con el silicio, pero el estudio apunta en una dirección prometedora.

Referencia: Zaiwei Wang et al., Segregación de fase suprimida para células solares de perovskita de triple rama, Naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06006-7


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