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  • Las células solares que combinan silicio con perovskita han alcanzado una eficiencia récord del 25,2 por ciento

    Esta imagen de microscopía electrónica de barrido muestra las pirámides de silicio cubiertas con perovskita. Crédito:EPFL

    En el campo de las tecnologías fotovoltaicas, Las células solares basadas en silicio representan el 90 por ciento del mercado. En términos de costo, estabilidad y eficiencia (20-22 por ciento para una celda solar típica en el mercado), están muy por delante de la competencia.

    Sin embargo, después de décadas de investigación e inversión, Las células solares basadas en silicio están ahora cerca de su máxima eficiencia teórica. Como resultado, Se requieren nuevos conceptos para lograr una reducción a largo plazo en los precios de la electricidad solar y permitir que la tecnología fotovoltaica se convierta en una forma de generación de energía más ampliamente adoptada.

    Una solución es colocar dos tipos diferentes de células solares una encima de la otra para maximizar la conversión de los rayos de luz en energía eléctrica. Estas células de "doble unión" se están investigando ampliamente en la comunidad científica, pero son costosos de hacer. Ahora, Los equipos de investigación de Neuchâtel, del Laboratorio de Fotovoltaica de EPFL y del Centro FV CSEM, han desarrollado una solución económicamente competitiva. Han integrado una celda de perovskita directamente encima de una celda estándar basada en silicio, obteniendo una eficiencia récord del 25,2 por ciento. Su método de producción es prometedor, porque agregaría solo unos pocos pasos adicionales al proceso actual de producción de celdas de silicio, y el costo sería razonable. Su investigación ha sido publicada en Materiales de la naturaleza .

    Perovskita sobre silicio:un sándwich nanométrico

    Las propiedades únicas de la perovskita han impulsado una gran cantidad de investigación sobre su uso en células solares durante los últimos años. En el espacio de nueve años la eficiencia de estas células se ha multiplicado por seis. La perovskita permite lograr una alta eficiencia de conversión a un costo de producción potencialmente limitado.

    En celdas en tándem, perovskita complementa al silicio. Convierte la luz azul y verde de manera más eficiente, mientras que el silicio es mejor para convertir la luz roja e infrarroja. "Al combinar los dos materiales, podemos maximizar el uso del espectro solar y aumentar la cantidad de energía generada. Los cálculos y el trabajo que hemos realizado muestran que pronto debería ser posible una eficiencia del 30 por ciento, "dicen los principales autores del estudio, Florent Sahli y Jérémie Werner.

    Sin embargo, crear una estructura tándem eficaz superponiendo los dos materiales no es tarea fácil. "La superficie del silicio consiste en una serie de pirámides que miden alrededor de 5 micrones, que atrapan la luz y evitan que se refleje. Sin embargo, la textura de la superficie hace que sea difícil depositar una película homogénea de perovskita, "explica Quentin Jeangros, quien fue coautor del artículo.

    Cuando la perovskita se deposita en forma líquida, como suele ser, se acumula en los valles entre las pirámides dejando los picos descubiertos, provocando cortocircuitos.

    Una capa clave que garantiza una microestructura óptima

    Los científicos de EPFL y CSEM han solucionado ese problema utilizando métodos de evaporación para formar una capa base inorgánica que cubre completamente las pirámides. Esa capa es porosa lo que le permite retener la solución orgánica líquida que luego se agrega mediante una técnica de deposición de película delgada llamada recubrimiento por rotación. Posteriormente, los investigadores calientan el sustrato a una temperatura relativamente baja de 150 ° C para cristalizar una película homogénea de perovskita en la parte superior de las pirámides de silicio.

    "Hasta ahora, el enfoque estándar para hacer una celda en tándem de perovskita / silicio era nivelar las pirámides de la celda de silicio, que disminuyó sus propiedades ópticas y por lo tanto su rendimiento, antes de depositar la celda de perovskita encima. También agregó pasos al proceso de fabricación, "dice Florent Sahli.

    Actualización de tecnologías existentes

    El nuevo tipo de celda en tándem es altamente eficiente y directamente compatible con tecnologías basadas en silicio monocristalino, que se benefician de una dilatada experiencia industrial y que ya se están produciendo de forma rentable. "Estamos proponiendo utilizar equipos que ya están en uso, simplemente agregando algunas etapas específicas. Los fabricantes no adoptarán una tecnología solar completamente nueva, sino simplemente actualizando las líneas de producción que ya están usando para celdas basadas en silicio, "explica Christophe Ballif, jefe del Laboratorio de Fotovoltaica de EPFL y del PV-Center de CSEM.

    En este momento, la investigación continúa con el fin de aumentar aún más la eficiencia y dar a la película de perovskita más estabilidad a largo plazo. Aunque el equipo ha logrado un gran avance, todavía queda trabajo por hacer antes de que su tecnología pueda ser adoptada comercialmente.


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