- Un equipo de investigación de la Universidad de Nankín desarrolla una nueva estrategia que eleva la eficiencia de las células solares de triple unión de perovskita totalmente apiladas al 30,1%.
- La nueva estrategia resuelve las limitaciones de rendimiento en las películas de perovskita y presenta una alta estabilidad.
- El diseño monolítico de triple unión se enfoca en distintas partes del espectro solar para lograr una captación óptima de energía.
- La tecnología puede emplearse en módulos solares ultraligeros y flexibles, aptos para uso comercial y dispositivos wearables.
Investigadores de la Universidad de Nankín, en China, y de instituciones colaboradoras han desarrollado una novedosa estrategia de procesamiento para abordar uno de los principales problemas de eficiencia de las células solares de triple unión de perovskita totalmente apiladas en configuración monolítica. En concreto, el equipo diseñó una estrategia de reconstrucción superficial y homogeneización de haluros para hacer frente a las limitaciones de rendimiento de las películas de perovskita de banda ultraancha (UWBG) de 2,0 eV. Esta estrategia permitió desarrollar una célula solar de triple unión de perovskita con una asombrosa eficiencia de conversión de potencia del 30,1% (certificada del 29,3%). Según la investigación, este diseño integrado ofrece una alta estabilidad bajo uso continuado y tiene el potencial de impulsar la eficiencia de futuras células solares de múltiples capas por encima del 35%.
En la actualidad, los paneles estándar de silicio dominan el sector solar, pero se topan con límites físicos que restringen su capacidad para convertir la luz solar en energía. Las perovskitas ofrecen una alternativa prometedora, ya que estos materiales sintéticos pueden apilarse en capas para absorber de forma más eficiente una gama más amplia de longitudes de onda del espectro solar. Para captar la luz solar de alta energía, los científicos han elaborado películas de perovskita de banda ultraancha (2,0 eV) enriquecidas en bromo. Sin embargo, un alto contenido de bromo resulta inestable durante el proceso de fabricación. La superficie superior se seca y cristaliza primero, mientras que la inferior permanece húmeda. Este desajuste genera una corteza rígida sobre un núcleo fluido, lo que provoca arrugas y grietas en la película y la separación de su composición química.
Como resultado, se desperdicia energía y se producen pérdidas de tensión considerables.
Cómo se resolvieron las limitaciones de las películas
Los investigadores abordaron la cuestión mediante una técnica de doble tratamiento que alisa la superficie del material y gestiona la formación de los cristales. Esta técnica combina un baño de disolvente específico con una pequeña cantidad de un aditivo a base de cloruro de amonio en aceite, lo que resuelve el problema del secado desigual. El tratamiento equilibrado con disolvente remodela y alisa la capa superior, mientras que la adición de cloruro permite que los componentes de bromo y yodo cristalicen al mismo tiempo. Este enfoque combinado evita el endurecimiento prematuro de la superficie y genera una película lisa y estructuralmente uniforme en todo el material.
La célula monolítica de triple unión combina tres capas absorbedoras de luz interconectadas, cada una diseñada con un bandgap distinto para captar diferentes partes del espectro solar. La eliminación de las arrugas superficiales y los defectos estructurales permitió optimizar la célula de tres capas para lograr la máxima captación de energía. La subcélula superior de 2,0 eV alcanzó una elevada tensión de circuito abierto de 1,46 V, complementada por una capa intermedia de 1,60 eV para ajustarse al espectro, y una capa inferior de 1,22 eV para absorber el infrarrojo profundo. Esta configuración monolítica de triple unión alcanzó de forma conjunta una eficiencia de conversión de potencia récord del 30,1%, certificada de forma independiente en el 29,3%.
Aplicaciones futuras y líneas de investigación
Los investigadores señalan: «La película final de perovskita UWBG muestra un potencial superficial uniforme, recombinación no radiativa suprimida, mejor movilidad de los portadores y una tensión de circuito abierto de 1,46 V». La tecnología no solo es eficaz, sino también duradera. Según se informa, las células terminadas conservaron más del 90% de su eficiencia inicial tras 569 horas de funcionamiento continuo a máxima potencia bajo luz solar simulada. Tras completar las pruebas de laboratorio iniciales, el equipo de investigación prevé reducir las pérdidas de tensión y factor de relleno, refinar el ajuste de corriente y ampliar el tamaño de los dispositivos para facilitar aplicaciones de mayor escala. Las investigaciones futuras pasarán de las mediciones iniciales de eficiencia a la evaluación del rendimiento de los módulos en condiciones reales de operación, con especial atención a la durabilidad frente a la radiación, los rayos ultravioleta, el vacío y los ciclos térmicos, con vistas a apoyar posibles misiones espaciales.
Al evitar el uso de obleas de silicio pesadas, esta tecnología apunta a módulos solares ultraligeros y flexibles, concebidos para cubiertas comerciales, electrónica wearable y despliegue en satélites.
Potencial y aplicaciones futuras de la tecnología de perovskitas
Los materiales de perovskita muestran un rendimiento superior en las células solares, especialmente en lo que respecta a la mejora de la eficiencia de conversión de energía. Esta nueva tecnología no solo incrementa la eficiencia, sino que también resuelve los problemas de inestabilidad de los materiales tradicionales durante el proceso de fabricación. A medida que avanza la investigación, se espera una implementación generalizada de las células de perovskita en aplicaciones comerciales, en particular en dispositivos wearables y módulos ligeros, lo que transformará la demanda y la forma de aplicación de la tecnología solar en el mercado.