Investigadores de la Universidad de Ingeniería de Toronto y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) han superado un obstáculo clave al combinar la tecnología emergente de captación solar de perovskitas con el estándar de oro comercial:las células solares de silicio. El resultado es una célula solar en tándem altamente eficiente y estable, uno de los mejores reportados hasta la fecha.

"Hoy dia, Las células solares de silicio son más eficientes y menos costosas que nunca. "dice el profesor Ted Sargent, autor principal de un nuevo artículo publicado hoy en Ciencias . "Pero existen límites sobre la eficiencia que puede tener el silicio por sí solo. Estamos enfocados en superar estos límites utilizando un enfoque en tándem (dos capas)".

Como el silicio Los cristales de perovskita pueden absorber energía solar para excitar electrones que pueden canalizarse en un circuito. Pero a diferencia del silicio, las perovskitas se pueden mezclar con líquido para crear una 'tinta solar' que se puede imprimir en las superficies.

El enfoque de fabricación basado en tinta, conocido como procesamiento de soluciones, ya está bien establecido en la industria de la impresión. y por lo tanto tiene el potencial de reducir el costo de fabricación de células solares.

"Agregar una capa de cristales de perovskita encima de silicio texturizado para crear una celda solar en tándem es una excelente manera de mejorar su rendimiento, "dice Yi Hou, becario postdoctoral y autor principal del nuevo artículo. "Pero el estándar actual de la industria se basa en obleas (láminas delgadas de silicio cristalino) que no fueron diseñadas con este enfoque en mente".

Aunque parezcan suaves, Las obleas de silicio estándar utilizadas para las células solares presentan pequeñas estructuras piramidales de aproximadamente dos micrómetros de altura. La superficie irregular minimiza la cantidad de luz que se refleja en la superficie del silicio y aumenta la eficiencia general. pero también dificulta la aplicación de una capa uniforme de perovskitas en la parte superior.

"La mayoría de las celdas en tándem anteriores se fabricaron puliendo primero la superficie de silicio para suavizarla, y luego agregando la capa de perovskita, "dice Hou." Eso funciona, pero a costos adicionales ".

Hou y el resto del equipo, incluidos Sargent y el profesor Stefaan De Wolf de KAUST, adoptaron un enfoque diferente. Aumentaron el grosor de la capa de perovskita, haciéndolo lo suficientemente alto para cubrir tanto los picos como los valles creados por las estructuras piramidales.

El equipo descubrió que las perovskitas en los valles generaban un campo eléctrico que separa los electrones generados en la capa de perovskita de los generados en la capa de silicio. Este tipo de separación de carga es beneficioso porque aumenta las posibilidades de que las cargas excitadas fluyan hacia el circuito en lugar de otras partes de la celda.

El equipo mejoró aún más la separación de cargas al recubrir los cristales de perovskita con una 'capa de pasivación' hecha de 1-butanotiol. un químico industrial común.

Las células solares en tándem lograron una eficiencia del 25,7 por ciento, certificado por un independiente, laboratorio externo, el Instituto Fraunhofer de Energía Solar en Friburgo, Alemania. Esta es una de las eficiencias más altas jamás reportadas para este tipo de diseño. También eran estables, soportar temperaturas de hasta 85 grados Celsius durante más de 400 horas sin una pérdida significativa de rendimiento.

"El hecho de que podamos hacer todo esto sin modificar el silicio lo convierte en una solución inmediata, ", dice Hou." La industria puede aplicar esto sin tener que realizar cambios costosos en sus procesos existentes ".

Hou y el equipo continúan trabajando para mejorar el diseño, incluido el aumento de la estabilidad hasta 1, 000 horas, un punto de referencia de la industria.

"Estamos muy orgullosos del rendimiento récord que logró esta colaboración, Pero esto es solo el principio, "dice Hou." Al superar una limitación clave en las células solares en tándem, hemos preparado el escenario para ganancias aún mayores ".

"Nuestro enfoque abre una puerta para que la industria fotovoltaica del silicio aproveche al máximo los grandes avances que la tecnología de perovskita ha logrado hasta ahora, ", dice De Wolf. Esto puede llevar al mercado paneles fotovoltaicos con mayor rendimiento a bajo costo".