Las células solares de perovskita orgánica alcanzan la eficiencia de los paneles de silicio comerciales

Los paneles solares basados en perovskita se presentan como la alternativa más prometedora para sustituir a los paneles de silicio cristalino actuales. No solo capturan una mayor parte del espectro solar, sino que también resultan más económicos y poseen una flexibilidad especial que les permite adaptarse a superficies curvadas.

El desafío principal de estos paneles radica en que, al ser una tecnología más reciente que la del silicio cristalino, presentan menor estabilidad, durabilidad y efectividad. Sin embargo, estos obstáculos se han ido superando con el tiempo. Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Potsdam en Alemania, en colaboración con la Academia China de Ciencias, ha logrado un avance significativo:

Un nuevo récord de eficiencia para las células solares de perovskita.

Nuevo récord en células solares tándem

La industria solar está enfocada en las células de perovskita por diversas razones. Además de las ventajas ya mencionadas, estas células son más flexibles que las de silicio, permiten una alta eficiencia en capas delgadas, lo que reduce la cantidad de material necesario para su fabricación, y su proceso de producción es más ecológico al no requerir hornos de alta potencia.

No obstante, poseen ciertos inconvenientes como una menor estabilidad debida a su rápida degradación, lo cual acorta su vida útil, además de contener plomo, lo que genera preocupaciones ecológicas en comparación con las de silicio cristalino.

Numerosos laboratorios y centros de investigación alrededor del mundo están trabajando para resolver estos desafíos y asegurar su viabilidad comercial en un mercado dominado por las células de silicio cristalino, que han reducido sus costos considerablemente gracias a la producción masiva en países como China.

En los últimos años, hemos observado tándems que combinan silicio y perovskita con eficiencias de hasta el 40%. El objetivo es eventualmente eliminar el uso de silicio. Ya en China se han desarrollado paneles que no contienen silicio con alta eficiencia en la conversión de luz solar, y ahora se ha introducido una célula solar tándem completamente basada en componentes orgánicos.

Las diferentes capas de esta célula

Este desarrollo, logrado gracias a la colaboración entre la Universidad de Potsdam y la Academia China de Ciencias, ha establecido un récord de conversión del 25,7% para una célula con una celda inferior de perovskita de banda ancha y un dispositivo superior orgánico de banda estrecha.

La estructura de esta célula, o «sandwich», incluye una capa de óxido conductor transparente, un absorbedor de perovskita con banda prohibida de 1,88 electrovoltios, una novedosa capa de pasivación hecha de 1,4-diamonio de ciclohexano (CyDAI2), un absorbedor orgánico con banda prohibida de 1,27 eV, una capa de cátodo de PDINN y un electrodo de plata.

Este avance fue presentado en un estudio publicado en Nature. Según PV-Magazine, el aspecto destacado de este desarrollo es su alta absorción en el rango rojo/infrarrojo. Los investigadores señalan que «las celdas solares en tándem estaban limitadas por la capa de perovskita, que muestra grandes pérdidas de eficiencia si se ajusta para absorber solo las partes azul/verde del espectro solar. Para solucionar esto, utilizamos una novedosa capa de pasivación en la perovskita, que reduce los defectos del material y mejora el rendimiento de toda la celda».

El uso del pasivador CyDAI2 contribuye a minimizar el desajuste del voltaje del circuito, y las pruebas bajo condiciones de iluminación estándar revelaron una conversión de energía del 26,4%, con una eficiencia certificada del mencionado 25,7%. Los responsables del proyecto afirman que es el actual récord mundial para este tipo de celdas, y destaca especialmente la ausencia de plomo.

Aunque la eficiencia aún parezca baja comparada con los tándems de perovskita y silicio, es importante recordar que se trata de una tecnología emergente y con mucho potencial de desarrollo. Los avances son constantes y 2024 ha sido un año positivo para este sector.

Ya se están comercializando paneles solares de perovskita (combinados con silicio), y China ha instalado esta tecnología en una montaña completa. La competencia principal para las perovskitas sigue siendo el continuo avance de los paneles de silicio.

Imágenes | Universidad de Potsdam