Científicos del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar han logrado fabricar una célula solar en tándem de perovskita-silicio con una eficiencia del 31,6%. Esta célula solar, de un centímetro cuadrado de tamaño, destaca porque la capa de perovskita de la célula superior se ha depositado sobre una célula solar de heterounión de silicio texturizada industrialmente mediante una ruta de fabricación híbrida. El uso de células solares de silicio estándar y el recubrimiento uniforme de su textura con la célula superior de perovskita son requisitos clave para la producción industrial de células solares en tándem.
Textura de las células de silicio: Clave para mayor eficiencia
Las células solares de silicio utilizadas a nivel industrial tienen una superficie texturizada con pirámides de tamaño micrométrico. Estas estructuras permiten que más luz sea captada por la célula, reduciendo las pérdidas por reflexión y mejorando la eficiencia energética. Utilizar este estándar industrial como base para las células solares de tándem perovskita-silicio no solo incrementa los rendimientos energéticos, sino que también facilita la integración de este nuevo tipo de célula en los procesos de fabricación existentes.
No obstante, como señala la Dra. Juliane Borchert, líder del grupo de Materiales y Superficies de Perovskita en el Fraunhofer ISE, la superficie piramidal de las células de silicio plantea un desafío para la deposición de la capa de perovskita. Para superar este reto, se ha desarrollado un proceso híbrido que combina la evaporación en fase de vapor y la deposición química en húmedo. Este enfoque asegura que la capa de perovskita se distribuya de manera uniforme sobre la compleja estructura de la superficie de silicio.
Proyectos y colaboración internacional
El desarrollo de esta innovadora célula solar en tándem ha sido posible gracias a los avances logrados en los proyectos de investigación «PrEsto» y «MaNiTU». Además, ha habido un intercambio intensivo de conocimientos con la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST). La certificación del rendimiento del 31,6% fue realizada por el laboratorio CalLab del Fraunhofer ISE, lo que marca un récord en términos de eficiencia para células solares perovskita-silicio que utilizan células de silicio texturizadas industrialmente y el método híbrido de deposición.
Potencial futuro y mejora continua
Según Borchert, el enfoque actual se ha centrado en optimizar la célula superior de perovskita, en particular la pasivación entre la capa de perovskita y la capa conductora de electrones. Sin embargo, se espera que, al mejorar aún más la célula inferior de silicio, la eficiencia de estas células solares pueda aumentar significativamente en el futuro. Esto abre una puerta a la posibilidad de superar los límites actuales de eficiencia, lo cual sería un avance crucial en la generación de energía solar.
Importancia para la sostenibilidad
Las celdas solares de tándem, como las de perovskita-silicio, representan un paso importante hacia un futuro más sostenible. Las tecnologías solares convencionales, basadas únicamente en silicio, han alcanzado su límite de eficiencia práctica, que se sitúa alrededor del 26%. Sin embargo, las células solares en tándem tienen el potencial de superar este límite, capturando más espectros de luz y, por lo tanto, generando más energía a partir de la misma superficie. Este tipo de innovación es fundamental para satisfacer la creciente demanda de energía limpia sin incrementar significativamente el uso de materiales o terreno.
Además, la capacidad de integrar la producción de estas celdas solares avanzadas en procesos industriales ya establecidos reduce los costos y facilita su adopción masiva, lo que podría acelerar la transición hacia fuentes de energía renovable. Con una eficiencia mayor, los sistemas solares fotovoltaicos no solo serán más efectivos, sino también más rentables, lo que incentiva su implementación tanto a nivel residencial como en grandes proyectos energéticos.
Retos y oportunidades
A pesar de estos avances, las células solares de perovskita aún enfrentan ciertos desafíos. Uno de los más importantes es la estabilidad a largo plazo del material de perovskita. Si bien se han realizado avances significativos en la mejora de su durabilidad, es crucial seguir investigando para asegurar que estas celdas puedan tener una vida útil competitiva en comparación con las células de silicio convencionales, que pueden durar más de 25 años.
No obstante, el desarrollo de celdas solares en tándem perovskita-silicio marca un punto de inflexión en el campo de las energías renovables. A medida que la tecnología siga evolucionando, podría transformar no solo la manera en que capturamos la energía solar, sino también cómo distribuimos y utilizamos la energía a nivel global, haciendo que las fuentes de energía limpia sean más accesibles y eficientes para todos.
El desarrollo de la célula solar en tándem perovskita-silicio con una eficiencia del 31,6% no es solo un logro técnico, sino un paso hacia la transición energética. Este avance permite mejorar el rendimiento de las instalaciones solares, lo que juega un papel crucial en la reducción de la dependencia de los combustibles fósiles y la mitigación del cambio climático. Con la investigación y los avances continuos, la energía solar se perfila como uno de los pilares de un sistema energético global sostenible.
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