El dispositivo optimizado logró una eficiencia de conversión de energía del 28,80%, con un impresionante voltaje de circuito abierto de 2,13 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 16,06 mA cm−2 y un factor de llenado del 84,19%.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en China ha logrado un hito significativo en el campo de las energías renovables. Han desarrollado una célula solar en tándem de perovskita que ha alcanzado una eficiencia de conversión de energía récord del 28,49%. Este logro, certificado por una organización independiente, resalta el potencial de las células solares de perovskita como una alternativa viable y eficiente a las tecnologías fotovoltaicas convencionales.
La importancia de las células solares de perovskita
Las células solares de perovskita han captado considerable atención en los últimos años debido a sus bajos costos de producción, facilidad de fabricación y prometedoras eficiencias. A diferencia de las tradicionales células solares de silicio, las de perovskita pueden ser producidas a menores temperaturas, lo que reduce significativamente el consumo energético durante su fabricación. Además, las perovskitas son materiales muy versátiles que pueden ser aplicados sobre sustratos flexibles, lo que abre la puerta a aplicaciones innovadoras, como paneles solares integrados en textiles o ventanas.
Sin embargo, un desafío clave que ha frenado la adopción masiva de estas células ha sido su estabilidad a largo plazo. Las células solares de perovskita tienden a degradarse con el tiempo, especialmente cuando se exponen a condiciones ambientales como la humedad, el oxígeno y la luz ultravioleta. Este aspecto ha sido un foco principal de investigación, ya que la estabilidad es crucial para su comercialización y aplicación en gran escala.
Superando los desafíos de estabilidad y eficiencia
El equipo de investigación chino ha abordado estos desafíos mediante una innovadora técnica de reconstrucción de superficies. Esta técnica se centra en reducir los defectos en la capa superior de perovskita de estaño y plomo (Pb-Sn) de banda ancha. Los defectos en los materiales de perovskita suelen causar pérdidas de energía no radiativas, lo que disminuye la eficiencia total de la célula solar. La aplicación de modificadores de superficie como 1,4-butanodiamina (BDA) y diioduro de etilendiamonio (EDAI2) permitió a los investigadores crear películas de perovskita de alta calidad con menos defectos, mejorando así el transporte de los portadores de carga y reduciendo las pérdidas de energía en la interfaz con la capa de transporte de electrones.
Estructura y rendimiento de la célula
La célula solar desarrollada tiene una superficie activa de 0,0871 cm² y utiliza perovskita de Sn-Pb tratada como capa absorbente de luz. Además, está equipada con una capa de transporte de electrones hecha de buckminsterfulereno (C60), una capa de transporte de huecos compuesta por PEDOT:PSS y un contacto metálico de oro. El dispositivo optimizado alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 28,80%, con un impresionante voltaje de circuito abierto de 2,13 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 16,06 mA/cm² y un factor de llenado del 84,19%. Estos resultados subrayan la eficacia de la estrategia de reconstrucción de superficies para mejorar el rendimiento general de la célula solar.
Escalabilidad y estabilidad
Para demostrar aún más la aplicabilidad de su enfoque, los investigadores ampliaron su proceso de fabricación a dispositivos de módulo. En estos dispositivos de mayor escala, lograron una eficiencia de conversión de energía del 23,39% en un área de apertura de 11,3 cm². Además, las células en tándem encapsuladas mostraron una notable estabilidad, reteniendo el 79,7% de su eficiencia inicial después de 550 horas de operación continua bajo condiciones de seguimiento del punto de máxima potencia en aire ambiente.
Implicaciones para el futuro de la energía renovable
Este avance es un paso significativo hacia la comercialización de las células solares de perovskita. La mejora en la estabilidad y la eficiencia de estos dispositivos sugiere que podrían jugar un papel crucial en la transición global hacia fuentes de energía más sostenibles. A medida que se continúa investigando y optimizando estas tecnologías, es posible que veamos una adopción más amplia de células solares de perovskita en aplicaciones tanto a pequeña como a gran escala, lo que contribuiría a una reducción significativa en las emisiones de carbono y a un futuro más sostenible.
Las innovaciones en la tecnología de perovskita no solo benefician al sector de las energías renovables, sino que también pueden impulsar la economía circular al reducir el costo de producción y el impacto ambiental asociado con la fabricación de paneles solares. Este desarrollo refuerza la idea de que la investigación y la innovación tecnológica son esenciales para enfrentar los desafíos del cambio climático y avanzar hacia un futuro más verde y resiliente.
Más información: www.nature.com
