Usando capas microestructuradas, un equipo de HZB ha podido aumentar la eficiencia de las células solares en tándem de perovskita-silicio, logrando el 25.5 por ciento, que es el valor publicado más alto hasta la fecha. El equipo utilizó simulaciones computacionales para investigar la conversión de luz en varios diseños de dispositivos con diferentes superficies nanoestructuradas. Esto permitió la optimización de la gestión de la luz y análisis detallados de rendimiento energético. El estudio se ha publicado ahora en Ciencias de la energía y el medio ambiente .

Las células solares en tándem hechas de compuestos de perovskita de haluro de metal y silicio pueden convertir una parte particularmente grande del espectro solar en energía eléctrica. Sin embargo, parte de la luz se refleja y, por lo tanto, se pierde con fines de conversión de energía. Usando nanoestructuras, la reflexión se puede reducir significativamente asegurando que la célula solar capture más luz. Por ejemplo, Las microcaracterísticas en forma de pirámide se pueden grabar en silicio. Sin embargo, estas características provocan una rugosidad microscópica en la superficie del silicio, por lo que ya no es adecuado como sustrato para la deposición de capas de perovskita extremadamente delgadas. Esto se debe a que las perovskitas normalmente se depositan en una oblea pulida mediante el procesamiento de una solución para formar una película extremadamente delgada. mucho más delgado que las características piramidales. Por lo tanto, una capa superficial de silicio grabada en bruto evita la formación de una capa de conformación uniforme.

La eficiencia mejoró del 23,4 por ciento al 25,5 por ciento

Un equipo encabezado por el físico de HZB Steve Albrecht ha investigado un enfoque alternativo de gestión de la luz con texturas en células solares en tándem. El equipo fabricó un dispositivo en tándem de perovskita / silicio eficiente cuya capa de silicio estaba grabada en la parte posterior. La capa de perovskita se podría aplicar aplicando un spincoating sobre el lado frontal liso del silicio. Posteriormente, el equipo aplicó una lámina de polímero de gestión de la luz (LM) en la parte frontal del dispositivo. Esto permitió el procesamiento de una película de perovskita de alta calidad en una superficie plana, sin dejar de beneficiarse de la textura del anverso. "De este modo, logramos mejorar considerablemente la eficiencia de una celda en tándem de heterounión de perovskita-silicio monolítica del 23,4 por ciento al 25,5 por ciento ", dice Marko Jošt, primer autor del estudio y becario postdoctoral en el equipo de Albrecht.

El modelo numérico muestra la posibilidad de hasta un 32,5 por ciento

Además, Jošt y sus colegas han desarrollado un modelo numérico sofisticado para características complejas en 3D y su interacción con la luz. Esto permitió al equipo calcular cómo los diferentes diseños de dispositivos con texturas en varias interfaces afectan la eficiencia. "Sobre la base de estas complejas simulaciones y datos empíricos, creemos que se puede lograr de manera realista una eficiencia del 32,5 por ciento, si logramos incorporar perovskitas de alta calidad con una banda prohibida de 1,66 eV ", dice Jošt.

Adecuado para la construcción fotovoltaica integrada

Y el líder del equipo Steve Albrecht agrega:"Basado en datos meteorológicos reales, pudimos calcular el rendimiento energético en el transcurso de un año, para los diferentes diseños de celdas y para tres ubicaciones diferentes ". Además, las simulaciones muestran que la lámina LM en la parte frontal del dispositivo de células solares es particularmente ventajosa bajo irradiación de luz difusa, es decir, no solo bajo luz incidente perpendicular. Por lo tanto, las células solares en tándem con la nueva lámina LM también podrían ser adecuadas para su incorporación en sistemas fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV), abriendo enormes áreas nuevas para la generación de energía a partir de grandes fachadas de rascacielos.