Bakú, 22 de agosto, AZERTAC

Las células solares en tándem más avanzadas de la actualidad, compuestas por una base de silicio y una capa superior de perovskita, pueden transformar aproximadamente un tercio de la luz solar que reciben en energía eléctrica, informa AZERTAC según SciTechDaily.

Se trata de valores récord, sobre todo para una tecnología potencialmente muy barata. Un equipo del Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) proporciona ahora los datos científicos y describe en la revista Science cómo se logró este avance.

"Este logro ha sido posible porque en el HZB hemos acumulado experiencia tanto en la tecnología de heterounión de silicio como en las células solares de perovskita, y trabajamos en estrecha colaboración", explica el Prof. Dr. Steve Albrecht, que dirige un grupo de investigación sobre células solares en tándem de perovskita en el HZB. Por ejemplo, los expertos en perovskita del Laboratorio de Innovación HySPRINT y los expertos en silicio del Centro de Competencia Fotovoltaica (PVcomB) ya han establecido varios récords mundiales de eficiencia en células solares en tándem.

La célula solar en tándem, descrita ahora en detalle por primera vez en la revista Science, también fue noticia en diciembre de 2022 cuando estableció un nuevo récord mundial de eficiencia, al convertir el 32,5% de la luz solar incidente en energía eléctrica. Este récord mundial se mantuvo hasta mediados de abril de 2023, cuando lo batió un grupo del PV Lab del centro de investigación KAUST de Arabia Saudí.

El campo de la investigación es extremadamente competitivo, con muchos grupos en todo el mundo trabajando en esta área. Ahora, el equipo de HZB ha vuelto a ser el primero en presentar una publicación técnica sólida y científicamente rigurosa, revisada por pares, con conjuntos de datos precisos de las mediciones, así como información detallada sobre la estructura de la célula en tándem.

Albrecht y su equipo se basaron principalmente en un compuesto de perovskita significativamente mejorado y en una sofisticada modificación de la superficie mediante una novedosa molécula de yoduro de piperazinio desarrollada por los investigadores postdoctorales Dra. Silvia Mariotti y Dr. Eike Köhnen. De este modo se suprimió en gran medida la recombinación de cargas y se redujeron significativamente las pérdidas asociadas.

Utilizando técnicas de medición especiales, los investigadores pudieron analizar en detalle los procesos fundamentales en las interfaces y en las capas individuales de la célula en tándem y optimizarlos a partir de un conocimiento más profundo. A continuación, los avances se combinaron y transfirieron a células solares en tándem, con nuevos ajustes en el electrodo superior para mejorar la óptica.

Muchos expertos de distintos institutos participaron en la producción y el desarrollo de las células en tándem: Por ejemplo, un grupo de la Universidad de Potsdam llevó a cabo mediciones optoelectrónicas avanzadas de las células individuales y en tándem; las nuevas moléculas para modificar la superficie se sintetizaron en el Centro Joxe Mari Korta de San Sebastián (España); y un equipo de la Universidad Técnica de Kaunas (Lituania) ayudó a procesar los nuevos compuestos de perovskita con una película de muy alta calidad. Sólo combinando todas las modificaciones fue posible alcanzar valores máximos de fotovoltaje (tensión en circuito abierto) y fotocorriente, y por tanto de eficiencia.

En los últimos años, diversos institutos de investigación y empresas fotovoltaicas de todo el mundo no han dejado de mejorar la eficiencia de las células solares. Los dos últimos años, en particular, han sido muy emocionantes: equipos de la HZB alcanzaron a finales de 2021 un valor récord de algo menos del 30% (29,8%) para células solares en tándem de silicio y perovskita.

Esto se consiguió introduciendo nanoestructuras periódicas especiales en las células solares. En el verano de 2022, la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, informó de una célula tándem certificada con una eficiencia del 31,3%. Desde diciembre de 2022 hasta mediados de abril de 2023, el récord mundial volvió a estar en HZB con un 32,5%, hasta que el KAUST Photovoltaics Laboratory de Arabia Saudí demostró en el laboratorio una célula en tándem de silicio perovskita con un 33,2%. KAUST consiguió incluso aumentarlo hasta el 33,7% en mayo de 2023.