Actualizado: 05/07/2024
Un grupo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) ha logrado un avance significativa en el campo de la energía solar. Han desarrollado una célula fotovoltaica de doble capa con un rendimiento de conversión del 30.9%. Este desarrollo promete superar los límites teóricos actuales y mejorar la eficiencia de los paneles solares, acercándonos a una mayor sostenibilidad y aprovechamiento de la energía renovable.
Contexto y Desafíos Actuales
Los paneles fotovoltaicos convencionales convierten solo una parte de la energía luminosa que reciben en electricidad. La eficiencia teórica máxima de estos paneles es del 31%, y los más eficientes disponibles comercialmente, los monocristalinos, tienen una eficiencia que no suele superar el 24%. Esta limitación se debe a la incapacidad de los paneles para convertir los fotones de alta energía, restringiendo así su eficacia global.
Innovación en Células Tandem
Para abordar esta limitación, los científicos de EPFL han desarrollado células fotovoltaicas «tándem». Estas células están compuestas por dos capas distintas que mejoran significativamente el rendimiento de conversión de energía. La capa superior está hecha de perovskita, un material con una amplia banda prohibida que le permite absorber eficientemente los fotones de alta energía del espectro luminoso. La capa inferior está hecha de silicio y se encarga de convertir la luz roja e infrarroja, gracias a su banda prohibida más estrecha.
Materiales y Proceso de Optimización
La perovskita de la capa superior se trata con ácido 2,3,4,5,6-pentafluorobenzilfosfónico (pFBPA), que mejora la eficiencia de las células y resuelve problemas relacionados con el plomo. Este tratamiento, combinado con un substrato recubierto de nanopartículas de SiO2, reduce la formación de agujeros de alfiler y la resistencia en derivación, optimizando así la capacidad de conversión de la célula.
Además, la capa superior incluye un substrato compuesto por óxido de indio y estaño, nanopartículas de dióxido de silicio, perovskita, buckminsterfullereno, ácido fosfónico, plata y óxido de zinc e indio. Estos materiales fueron seleccionados y combinados para maximizar la eficiencia de absorción y conversión de energía.
Resultados y Certificación
En pruebas realizadas bajo condiciones estándar de iluminación, la célula fotovoltaica tandem alcanzó un rendimiento de conversión del 30.9%. Estos resultados han sido certificados por una entidad cuyo nombre no ha sido revelado, asegurando la validez de los datos obtenidos. El uso de pFBPA, en particular, ha sido fundamental para esta optimización.
Desafíos y Soluciones en la Capa Superior
Uno de los desafíos principales en el diseño de la célula tandem fue la optimización de la capa de perovskita para que fuera lo suficientemente permeable a la luz, permitiendo así la conversión eficiente tanto de fotones de alta energía como de luz roja e infrarroja. Los investigadores lograron esto reemplazando el recubrimiento de oro tradicional en los electrodos por materiales basados en óxidos metálicos, que son conductores y permiten el paso de aproximadamente el 80% de la energía luminosa.
Además, se ajustó la banda prohibida de la capa inferior para mejorar su capacidad de conversión de energía luminosa en electricidad, alineando así el diseño de la célula con los procesos industriales existentes para mantener bajos los costos de producción.
El avance de los científicos de EPFL en el desarrollo de células fotovoltaicas tandem representa un paso significativo hacia la mejora de la eficiencia de los paneles solares. Con un rendimiento de conversión del 30.9%, estas células podrían transformar el campo de la energía solar, haciendo que la energía renovable sea más eficiente y accesible. La integración de estos avances en la producción industrial existente también promete una reducción en los costos, fomentando así una adopción más amplia y sostenible de la energía solar.
Este desarrollo no solo acerca a la tecnología solar a su límite teórico de eficiencia, sino que también marca un hito importante en nuestro camino hacia un futuro más verde y sostenible.
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