Un equipo de investigadores de China ha logrado por primera vez convertir el 28,49% de la luz solar con una célula fotovoltaica a partir de la unión de dos materiales sintetizados en forma de perovskita, totalmente libres de silicio.
Contexto. Las células solares de perovskita son la tecnología fotovoltaica más prometedora para reemplazar a las de silicio, pero tienen un problema: las imperfecciones en la superficie de este material hacen que se pierda mucha energía en forma de calor, lo que reduce su eficiencia.
Para solucionarlo, laboratorios de todo el mundo investigan células tándem que combinan capas de perovskita con silicio para absorber diferentes partes del espectro de la luz solar. Siguiendo esta idea han logrado superar el límite teórico de las células convencionales: hoy en día el récord de eficiencia está en un 33,9% gracias a la perovskita. Lo que ocurre es que estás células siguen teniendo silicio, el componente más caro, ya que la perovskita se sintetiza a partir de materiales baratos.
Perovskita-perovskita. Si bien las células tándem de perovskita-perovskita ya existían, no eran tan eficientes como las de silicio-perovskita. Hasta ahora. Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, en China, han demostrado en Nature Communications una célula solar en tándem totalmente de perovskita sintetizada a partir de estaño y plomo con una eficiencia sin precedentes.
El equipo se centró en eliminar las imperfecciones de la perovskita y acabó creando un tratamiento que reconstruye la superficie del material con la aplicación de dos compuestos químicos. Sus células mejoradas pierden menos energía y pueden convertir más luz solar en electricidad.
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El tratamiento. La estrategia consiste básicamente en pulir y proteger la superficie de las perovskitas. Los investigadores usaron 1,4-butanodiamina (BDA) como agente de pulido y etilenodiammonium diiodide (EDAI2) como pasivador de la superficie.
Lo que causa la pérdida de eficiencia de las perovskitas a nivel físico es la recombinación no radiativa de los portadores de carga, un problema causado a su vez por los defectos en la superficie del material que se forman durante el proceso de cristalización. El BDA ayuda a reducir los defectos relacionados con el estaño, que son los más problemáticos, y el EDAI2 se encarga de pasivar los defectos relacionados con las vacantes de cationes (iones de carga positiva) y haluros (iones de carga negativa).
Reluciente. Gracias a este tratamiento, las células solares de perovskita alcanzaron, en monounión, eficiencias del 22,65% y 23,32%, y en tándem de dos uniones, una eficiencia certificada del 28,49%: un nuevo récord para este tipo de tecnología. Además, las células en tándem conservaron el 79,7 % de su eficiencia depsués de un funcionamiento continuo a máxima potencia de 550 horas.
Es el avance más importante en eficiencia y estabilidad hasta ahora para el desarrollo de células solares de solo perovskita, que tienen el potencial de transfrormar el sector porque son más baratas y flexibles que las células convencionales de silicio.
Imagen | Helmholtz-Zentrum Berlin / Yongyan Pan et al.
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