Los materiales de perovskita orgánicos-inorgánicos son una de las mayores sorpresas en la investigación de células solares. En solo seis años, la eficiencia de las células solares de perovskita se ha multiplicado por cinco; además, las células solares de perovskita pueden fabricarse a partir de una solución y ser rentablesimpreso en grandes áreas en el futuro.
Perovskita con silicio: buen equipo pero difícil de combinar
Debido a que las capas de perovskita absorben la luz en la región azul del espectro de manera muy eficiente, es útil combinarlas con capas de silicio que convierten principalmente la luz roja de larga onda y la luz infrarroja cercana. Sin embargo, la construcción de este tipo de células en tándem enuna pila monolítica de capas depositadas ha sido difícil. Esto se debe a que para las células de perovskita de alta eficiencia, generalmente se requiere recubrir la perovskita en capas de dióxido de titanio que deben sinterizarse previamente a aproximadamente 500 grados Celsius. Sin embargo, a temperaturas tan altas, elSe degradan las capas de silicio amorfo que cubren la oblea de silicio cristalino en la heterounión de silicio.
Nuevas capas protectoras
Ahora, un equipo encabezado por el Prof. Bernd Rech y el Dr. Lars Korte en el HZB Institute for Silicon Photovoltaics en cooperación con el PVcomB de HZB y un grupo encabezado por el Prof. Michael Graetzel en la École Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL son los primeroshaber fabricado este tipo de células en tándem monolíticas. Tuvieron éxito al depositar una capa de dióxido de estaño a bajas temperaturas para reemplazar el dióxido de titanio que se usa habitualmente. Una capa delgada de perovskita podría luego recubrirse por rotación sobre esta capa intermedia y cubrirse con un agujero-conductor. Además, un elemento crucial en la arquitectura del dispositivo es el contacto superior transparente. Por lo general, los óxidos metálicos se depositan por pulverización catódica, pero esto destruiría la capa sensible de perovskita así como el material conductor del agujero. Por lo tanto, el equipode HZB modificó el proceso de fabricación e incorporó una capa protectora transparente.
18 por ciento y alto voltaje de circuito abierto
Con un 18 por ciento, esta celda en tándem alcanzó un nivel de eficiencia que es casi un 20 por ciento más alto que la eficiencia de las celdas individuales. El voltaje de circuito abierto es 1.78 voltios ". A ese nivel de voltaje, esta combinación de materiales podría incluso usarse parala generación de hidrógeno a partir de la luz solar ", dice el Dr. Steve Albrecht, autor principal del artículo que ahora apareció en la revista Energía y ciencias ambientales .
Las estructuras de captura de luz adicionales podrían aumentar la eficiencia hasta en un 30 por ciento
Steve Albrecht, un postdoc en el grupo de Bernd Rech, desarrolló el diseño del dispositivo de la celda en tándem y está coordinando la colaboración con EPFL. "La eficiencia del 18 por ciento que medimos es ciertamente muy buena, pero todavía se está perdiendo luzen la superficie en la arquitectura actual ", explica y está planeando nuevas mejoras. Una lámina texturizada en la parte frontal podría captar esta luz y acoplarla a la celda, lo que aumentaría aún más la eficiencia de la celda. El heterounión solar de siliciocelda que funciona simultáneamente como la celda inferior y el sustrato para la celda superior de perovskita ofrece un mayor potencial de mejora ". Esta celda tándem de perovskita-silicio todavía se fabrica actualmente en una oblea de silicio pulido. Al texturizar esta oblea con características de captura de luz,como las pirámides aleatorias, la eficiencia podría aumentar aún más al 25 o incluso al 30 por ciento ", dice el Dr. Lars Korte, jefe del grupo de células solares de heterounión de silicio en el Inst.Itute para silicio fotovoltaico.
Integración en tecnologías existentes
Pero casi más importante que la máxima eficiencia es la integración en las tecnologías existentes. "La tecnología de silicio actualmente domina el 90 por ciento del mercado, lo que significa que hay muchas instalaciones de producción establecidas para las células de silicio", dice el profesor Bernd Rech. "La perovskitalas capas podrían aumentar considerablemente el nivel de eficiencia. Para lograr esto, las técnicas de fabricación solo necesitan complementarse con unos pocos pasos más de producción. Por esa razón, nuestro trabajo también es extremadamente interesante para la industria. Sin embargo, los problemas de estabilidad a largo plazo yel contenido de plomo de las células solares de perovskita aún debe resolverse en futuras investigaciones ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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