TNO, TU Eindhoven, imec y TU Delft, socios de Solliance, unieron fuerzas para impulsar aún más la eficiencia de conversión de las células solares en tándem más allá de los límites de los módulos fotovoltaicos (PV) comerciales actuales. Por primera vez, los dispositivos tándem de perovskita/silicio de cuatro terminales con una celda superior certificada superaron la barrera del 30 %. Tal alta eficiencia permite más potencia por metro cuadrado y menos costo por kWh. El resultado se presenta durante la 8ª Conferencia Mundial sobre Conversión de Energía Fotovoltaica (WCPEC-8) en Milán, y se ha logrado mediante la combinación de la emergente célula solar de perovskita con tecnologías de células solares de silicio convencionales. La celda de perovskita, que presenta contactos transparentes y forma parte de la pila en tándem, ha sido certificada de forma independiente.

Además, lograr una densidad de alta potencia creará más oportunidades para integrar estas células solares en la construcción y los elementos de construcción, de modo que se pueda cubrir una mayor superficie existente con módulos fotovoltaicos. Por lo tanto, romper la barrera del 30 % es un gran paso para acelerar la transición energética y mejorar la seguridad energética al reducir la dependencia de los combustibles fósiles.

Lo mejor de ambos mundos

Los dispositivos en tándem pueden alcanzar eficiencias más altas que las células solares de unión única debido a una mejor utilización del espectro solar. Los tándems emergentes actualmente combinan tecnología de silicio comercial para el dispositivo inferior con tecnología de perovskita:esta última presenta una conversión altamente eficiente de luz ultravioleta y visible y una excelente transparencia a la luz infrarroja cercana.

En los dispositivos tándem de cuatro terminales (4T), las celdas superior e inferior funcionan de forma independiente, lo que permite aplicar diferentes celdas inferiores en este tipo de dispositivos. La tecnología PERC comercial, así como tecnologías premium como la heterounión o TOPCon o la tecnología de película delgada como CIGS se pueden implementar en un dispositivo tándem de 4T sin apenas modificaciones en las células solares. Además, la arquitectura de cuatro terminales facilita la implementación de tándems bifaciales para aumentar aún más el rendimiento energético.

Investigadores de los Países Bajos y Bélgica han mejorado con éxito la eficiencia de las celdas de perovskita semitransparentes hasta en un 19,7 % con un área de 3x3 mm2 según lo certificado por ESTI (Italia). "Este tipo de celda solar cuenta con un contacto posterior altamente transparente que permite que más del 93 % de la luz infrarroja cercana alcance el dispositivo inferior. Este rendimiento se logró mediante la optimización de todas las capas de las celdas solares de perovskita semitransparentes mediante simulaciones eléctricas y ópticas avanzadas. como guía para el trabajo experimental en el laboratorio", dice el Dr. Mehrdad Najafi de TNO.

"El dispositivo de silicio es una célula solar de heterounión de 20x20 mm2 de ancho que presenta una pasivación superficial optimizada, óxidos conductores transparentes y contactos frontales chapados en cobre para la extracción de portadores de última generación", dice Yifeng Zhao, Ph.D. estudiante de TU Delft, cuyos resultados se han publicado recientemente en Progress in Photovoltaics:Research and Applications . El dispositivo de silicio apilado ópticamente debajo de la perovskita contribuye con un 10,4 % de puntos de eficiencia a la conversión total de energía solar.

Combinados, el 30,1% es la eficiencia de conversión de estos dispositivos tándem 4T sin coincidencia de área que funcionan de forma independiente. La mejor eficiencia de este mundo se mide de acuerdo con los procedimientos generalmente aceptados.

El futuro de los módulos fotovoltaicos en tándem de cuatro terminales

Esto no es todo:la combinación de esta celda de perovskita altamente transparente con otras tecnologías basadas en silicio, como el contacto posterior (celdas de contacto posterior interdigitadas y envolventes de metal) y las celdas solares TOPCon, también ha brindado eficiencias de conversión cercanas al 30 %. Esto demuestra el potencial de las células solares de perovskita altamente transparentes y su flexibilidad para combinarse con tecnologías ya comercializadas.

Estas mejores eficiencias del mundo obtenidas en una multitud de tecnologías establecidas es un hito más hacia el despliegue industrial. "Ahora conocemos los ingredientes y podemos controlar las capas que se necesitan para alcanzar una eficiencia superior al 30 %. Una vez combinados con la experiencia y el conocimiento de escalabilidad acumulados en los últimos años para llevar el material y los procesos a un área grande, podemos enfocarnos con nuestro socios industriales para llevar esta tecnología con eficiencias superiores al 30% a la producción en masa", dice el Prof. Gianluca Coletti, Gerente de Programa de tecnología y aplicaciones fotovoltaicas en tándem en TNO. + Explora más

Reordenar las capas en los módulos de células solares puede ayudar a mejorar la eficiencia