Los investigadores de KAUST desarrollaron un módulo de celda solar que mitiga las pérdidas de celda a módulo luego de repensar el diseño óptico del módulo y cómo se debe apilar.

Los laboratorios de investigación de todo el mundo están trabajando para mejorar constantemente la eficiencia de las células solares. Pero usar estos dispositivos en el mundo real representa un desafío adicional. Por ejemplo, las células solares deben incorporarse en módulos que puedan proteger los materiales sensibles de entornos hostiles. Estos módulos pueden reducir la eficiencia de conversión de energía, perdiendo así las ganancias de rendimiento obtenidas con tanta diligencia en el laboratorio.

Lujia Xu, Stefaan De Wolf y sus colegas de KAUST han construido un módulo de células solares más eficiente con un diseño óptico mejorado. Las células solares utilizadas por el equipo estaban hechas de una combinación de dos semiconductores que absorben la luz:uno de silicio y el otro hecho de un material de perovskita. El silicio es ahora un material bien establecido en la fabricación de células solares. Y si bien las perovskitas son un material emergente, ya se ha demostrado que agregar una capa delgada sobre el silicio mejora el rendimiento con un aumento aceptable en el costo.

Estas denominadas células solares en tándem de perovskita-silicio han mostrado anteriormente eficiencias en la conversión de energía óptica a eléctrica de hasta el 30 %. Y el modelo teórico ha indicado que podría llegar hasta el 45%. Pero cuando el equipo de KAUST colocó sus células solares en tándem en un módulo, descubrió que la eficiencia se redujo del 28,9 % al 25,7 %. Su módulo se fabricó intercalando las células solares entre dos láminas de vidrio, con el interior relleno de poliuretano termoplástico para encapsular las células solares.

El equipo cree que la reducción de la eficiencia se debe a un desajuste del índice de refracción después de la introducción de vidrio y poliuretano directamente en las células solares sin la optimización de la célula al módulo, lo que da como resultado una mayor reflexión de la luz entrante. Por eso, el equipo decidió reducir esta pérdida de reflexión frontal mediante un rediseño óptico del módulo a través de la ingeniería del índice de refracción.

Al mover una película de fluoruro de magnesio desde la parte superior de la celda hasta la parte superior del vidrio frontal, redujeron el desajuste del índice de refracción, logrando así un acoplamiento eficiente de la luz.

"Esta simple optimización permite efectivamente la densidad de corriente de cortocircuito más alta, relacionada con la corriente máxima que se puede extraer del dispositivo, que se informa en la literatura para módulos solares tándem monolíticos de perovskita/silicio, lo que resulta en un aumento de la eficiencia de conversión de energía de 25.7 % a 26,2%", dice Xu. "Ahora esperamos explorar cómo los diferentes materiales y la textura de la superficie del material podrían reducir aún más las pérdidas actuales de las células a los módulos".

El estudio se publica en ACS Energy Letters . + Explora más

Agregar una capa más de fluoruro metálico puede mejorar el rendimiento de las células solares