En el campo de las tecnologías fotovoltaicas, las células solares basadas en silicio representan el 90% del mercado. En términos de costo, estabilidad y eficiencia 20-22% para una célula solar típica en el mercado, están muy por delante dela competencia.
Sin embargo, después de décadas de investigación e inversión, las células solares basadas en silicio ahora están cerca de su máxima eficiencia teórica. Como resultado, se requieren nuevos conceptos para lograr una reducción a largo plazo en los precios de la electricidad solar y permitir que la tecnología fotovoltaica se conviertauna forma más ampliamente adoptada de generar energía.
Una solución es colocar dos tipos diferentes de células solares una encima de otra para maximizar la conversión de los rayos de luz en energía eléctrica. Estas células de "doble unión" se están investigando ampliamente en la comunidad científica, pero son caras de fabricarAhora, los equipos de investigación en Neuchâtel, del Laboratorio de Fotovoltaica de EPFL y el centro PV de CSEM, han desarrollado una solución económicamente competitiva. Han integrado una celda de perovskita directamente sobre una celda estándar basada en silicio, obteniendo una eficiencia récord de 25.2%. Su método de producción es prometedor, ya que agregaría solo unos pocos pasos adicionales al proceso de producción actual de células de silicio, y el costo sería razonable. Su investigación ha sido publicada en Materiales de la naturaleza .
Perovskita sobre silicio: un sándwich nanométrico
Las propiedades únicas de Perovskite han provocado una gran cantidad de investigación sobre su uso en células solares en los últimos años. En el espacio de nueve años, la eficiencia de estas células ha aumentado en un factor de seis. Perovskite permite una alta eficiencia de conversión alograrse a un costo de producción potencialmente limitado.
En las células en tándem, la perovskita complementa el silicio: convierte la luz azul y verde de manera más eficiente, mientras que el silicio es mejor para convertir la luz roja e infrarroja ". Al combinar los dos materiales, podemos maximizar el uso del espectro solar y aumentarla cantidad de energía generada. Los cálculos y el trabajo que hemos realizado muestran que pronto debería ser posible una eficiencia del 30% ", dicen los principales autores del estudio Florent Sahli y Jérémie Werner.
Sin embargo, crear una estructura tándem efectiva superponiendo los dos materiales no es tarea fácil ". La superficie de silicona consiste en una serie de pirámides que miden alrededor de 5 micras, que atrapan la luz y evitan que se refleje. Sin embargo, la textura de la superficie hace quees difícil depositar una película homogénea de perovskita ", explica Quentin Jeangros, coautor del artículo.
Cuando la perovskita se deposita en forma líquida, como suele ser, se acumula en los valles entre las pirámides mientras deja los picos sin cubrir, lo que conduce a cortocircuitos.
Una capa clave que garantiza una microestructura óptima
Los científicos de EPFL y CSEM han solucionado ese problema utilizando métodos de evaporación para formar una capa base inorgánica que cubre completamente las pirámides. Esa capa es porosa, lo que le permite retener la solución orgánica líquida que luego se agrega usando una película delgadatécnica de deposición llamada recubrimiento por rotación. Posteriormente, los investigadores calientan el sustrato a una temperatura relativamente baja de 150 ° C para cristalizar una película homogénea de perovskita en la parte superior de las pirámides de silicio.
"Hasta ahora, el enfoque estándar para hacer una celda en tándem de perovskita / silicio era nivelar las pirámides de la celda de silicio, lo que disminuía sus propiedades ópticas y, por lo tanto, su rendimiento, antes de depositar la celda de perovskita encima. Tambiénpasos agregados al proceso de fabricación ", dice Florent Sahli.
Actualización de tecnologías existentes
El nuevo tipo de celda en tándem es altamente eficiente y directamente compatible con tecnologías basadas en silicio monocristalino, que se benefician de la experiencia industrial de larga data y ya se están produciendo de manera rentable ". Estamos proponiendo utilizar equipos que ya están en uso, soloagregando algunas etapas específicas. Los fabricantes no adoptarán una tecnología solar completamente nueva, sino que simplemente actualizarán las líneas de producción que ya están utilizando para las células a base de silicio ", explica Christophe Ballif, jefe del Laboratorio de Fotovoltaica de EPFL y el Centro PV de CSEM.
En este momento, la investigación continúa para aumentar aún más la eficiencia y dar a la película de perovskita una mayor estabilidad a largo plazo. Aunque el equipo ha logrado un gran avance, aún queda trabajo por hacer antes de que su tecnología pueda adoptarse comercialmente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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