En un artículo publicado recientemente en Science, los investigadores de la KAUST informaron de un hito importante al realizar por primera vez con éxito una prueba de calor húmedo de las PSC.
La prueba de humedad-calor es un ensayo de envejecimiento ambiental acelerado y riguroso cuyo objetivo es determinar la capacidad de los paneles solares para soportar una exposición prolongada a una alta penetración de humedad y a temperaturas elevadas.
La prueba se realiza durante 1.000 horas en un entorno controlado de 85% de humedad y 85 grados centígrados. Su objetivo es reproducir varios años de exposición a la intemperie y evaluar factores como la corrosión y la deslaminación.
La dureza de la prueba está en consonancia con los requisitos de comercialización que establecen que la tecnología fotovoltaica debe cubrir de 25 a 30 años de garantía para los módulos convencionales de silicio cristalino. Para superar la prueba, la célula solar debe mantener el 95% de su rendimiento inicial.
Dirigida por el primer autor, Randi Azmi, becario postdoctoral del Laboratorio de Fotovoltaica de la KAUST, Stefaan De Wolf, su investigación tuvo que superar una debilidad persistente en las PSC encapsuladas para evitar las fugas del embalaje.
Aplicadas mediante un proceso de recubrimiento de película fina, las perovskitas son sensibles y se ven muy afectadas por la presencia de humedad. Esta vulnerabilidad de las películas de perovskita en 3D permite una infiltración no deseada de agentes atmosféricos, como la humedad, con una resistencia limitada al calor. La estabilidad es esencial para su funcionamiento.
Los investigadores de la KAUST descubrieron que la ingeniería y la introducción de capas de pasivación de perovskita en 2D bloqueaban la humedad y, al mismo tiempo, mejoraban las eficiencias de conversión de energía y la vida útil de los PSC.
¿Pueden las perovskitas sustituir al silicio?
La especificidad de las perovskitas es que se trata de una tecnología de capa fina. Como en el caso de las células solares convencionales, siguen siendo necesarios dos contactos hechos de tipos de materiales específicos. Uno recoge los electrones y el otro los «agujeros» cargados positivamente, que representan la ausencia de electrones. A diferencia de las obleas de silicio, la tinta de perovskita puede recubrirse directamente sobre un sustrato de vidrio, junto con la extracción de antisolventes, seguida de un recocido térmico para cristalizar completamente la película de perovskita. La tinta de perovskita se formula esencialmente a partir de una mezcla de sales en un disolvente aprótico polar a baja temperatura (normalmente inferior a 100 grados Celsius).
Una de las ventajas significativas es que los materiales precursores se pueden fabricar sin necesidad de costosas instalaciones y entornos que requieran mucha energía y que superen los 1.000 grados, algo típico de los semiconductores más tradicionales como el silicio.
«Es una forma muy sencilla de fabricar células solares«, afirma De Wolf. «Aunque las propiedades optoelectrónicas no son únicas, son excelentes. Están a la altura de los semiconductores tradicionales de muy alta calidad. Eso es bastante notable«.
Alterando la composición, dijo que también es posible ajustar la sensibilidad espectral en todo el espectro de la luz solar, desde el UV hasta el infrarrojo. «Esto es bastante atractivo para ciertas aplicaciones«.
El reto restante, después del rendimiento y la estabilidad, es el escalado. La mayoría de las aplicaciones de células solares se centran en los sectores de servicios públicos y en los paneles para tejados. Aunque este último no es importante en Arabia Saudí, los proyectos de servicios públicos que se están llevando a cabo en el Reino incluyen grandes campos fotovoltaicos en el desierto.
«El mercado se basa en el silicio, y lo seguirá haciendo durante los próximos 20 años como mínimo«, afirma De Wolf. El laboratorio fotovoltaico de la KAUST se centra principalmente en mejorar el rendimiento de las células solares de perovskita para avanzar en soluciones «tándem» más eficientes, que combinen el silicio tradicional y la perovskita.
Para ello, dijo que los hallazgos actuales ayudarán mucho a aumentar la fiabilidad de las células solares en tándem de perovskita y silicio.
Más información Damp heat–stable perovskite solar cells with tailored-dimensionality 2D/3D heterojunctions (science.org)
Vía Perovskite solar cells take the heat | King Abdullah University (kaust.edu.sa)
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