Científicos hongkoneses consiguen imprimir en masa células solares de alta eficiencia y estabilidad como si imprimieran periódicos

Actualizado: 13/07/2024

Científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityUHK) han desarrollado células solares de perovskita altamente eficientes, imprimibles y estables, que representan un paso significativo hacia la neutralidad de carbono y el desarrollo sostenible. Estas células solares pueden ser producidas en masa a una velocidad comparable a la impresión de periódicos, permitiendo una salida diaria de hasta 1.000 paneles solares.

Innovación en la producción de células solares

El equipo de investigación, liderado por el Profesor Alex Jen Kwan-yue, ha demostrado una estrategia efectiva para mejorar la estabilidad a largo plazo de las células solares tándem de perovskita-orgánica. Estas células integradas retienen más del 90% de su eficiencia inicial de conversión de energía (PCE) después de 500 horas de operación.

Una característica destacada de estas nuevas células solares es su flexibilidad y semi-transparencia, lo que permite su uso en ventanas de vidrio que absorben la luz, materializando el concepto de «granjas solares urbanas» en ciudades con numerosos edificios altos.

Desafíos y soluciones científicas

La estabilidad operativa de las perovskitas de banda ancha ha sido un desafío durante más de una década. El equipo de CityUHK abordó este problema con soluciones innovadoras en ciencia de materiales, diseñando una serie de mediadores redox orgánicos con potenciales químicos apropiados para reducir selectivamente el yodo y oxidar metales.

Después de integrar el dispositivo de perovskita en una célula solar tándem monolítica de perovskita-orgánica como subcélula de banda ancha, la célula tándem encapsulada fue sometida a una iluminación de 1 sol (espectro AM 1.5G, sin filtro UV). Retuvo el 92% de su PCE inicial después de 500 horas de operación continua a aproximadamente 45°C. Además, se informó una eficiencia récord del 25.22% (certificada en 24.27%). El dispositivo también mostró una buena estabilidad operativa en aire húmedo (humedad relativa del 70-80%).

Aplicaciones y futuro de la tecnología

El Dr. Wu Shengfan, miembro clave del equipo de investigación y primer autor del artículo, destacó que fueron el primer equipo en proponer el uso de métodos de síntesis química y redox para resolver fundamentalmente el problema de la estabilidad de las células solares de perovskita.

Los resultados de la investigación se transformarán en aplicaciones prácticas a través de la empresa emergente HKTech Solar Limited, que será gestionada por el Dr. Francis Lin, un estudiante postdoctoral del Profesor Jen en CityUHK.

Las células fotovoltaicas de perovskita pueden absorber energía incluso bajo luz interior débil y tienen flexibilidad mecánica, permitiendo su integración y aplicación en diversos escenarios, desde grandes edificios y granjas hasta varios componentes del Internet de las Cosas (IoT).

El equipo también planea establecer una línea de producción piloto con una producción anual de 25 megavatios en Hong Kong en un año y medio, y lanzar productos para la industria, buscando inversores que prueben las aplicaciones.

El avance en la producción masiva de células solares de perovskita por parte de CityUHK representa un hito importante en la búsqueda de soluciones sostenibles y eficientes para la generación de energía renovable. Con la capacidad de ser producidas rápidamente y aplicadas en una variedad de escenarios, estas innovaciones prometen transformar la manera en que se implementa la energía solar en entornos urbanos y más allá.

Vía www.cityu.edu.hk

¿Qué es una célula solar Tándem de Perovskita-Orgánica?

Una célula solar tándem de perovskita-orgánica es un dispositivo fotovoltaico avanzado que combina capas de materiales de perovskita y orgánicos para mejorar la eficiencia de conversión de energía solar en electricidad. Este tipo de célula solar aprovecha las ventajas de ambos materiales para capturar una mayor parte del espectro solar y convertirla en energía eléctrica de manera más eficiente.

Componentes Principales

Capa de Perovskita:

• Perovskita: Es un material con una estructura cristalina específica que permite una alta eficiencia en la absorción de luz solar. Las perovskitas son conocidas por su capacidad para absorber una amplia gama de longitudes de onda de luz solar, lo que las hace muy eficientes en la conversión de energía.
• Banda Ancha: Las perovskitas de banda ancha son capaces de absorber una mayor porción del espectro solar, mejorando así la eficiencia de la célula solar.

Capa Orgánica:

• Materiales Orgánicos: Estos materiales son compuestos a base de carbono que pueden ser diseñados para complementar la absorción de luz de la capa de perovskita. Los materiales orgánicos son flexibles y pueden ser procesados a bajas temperaturas, lo que facilita su integración en dispositivos fotovoltaicos.
• Flexibilidad y Translucidez: Los materiales orgánicos también aportan flexibilidad y la capacidad de ser semi-transparentes, lo que permite su uso en aplicaciones innovadoras como ventanas que generan energía.

Funcionamiento de las células solares Tándem

• Absorción de Luz: La célula solar tándem utiliza las diferentes propiedades de absorción de luz de las capas de perovskita y orgánicas para captar una mayor cantidad de energía del espectro solar.
• Conversión de Energía: La luz solar es absorbida por las capas de perovskita y orgánica, donde los fotones excitan electrones, creando pares electrón-hueco. Estos pares son separados y recogidos por contactos eléctricos para generar una corriente eléctrica.
• Sinergia entre Capas: La capa de perovskita se encarga de captar la luz de alta energía (azul y ultravioleta), mientras que la capa orgánica se especializa en captar la luz de baja energía (rojo e infrarrojo), optimizando así la eficiencia global del dispositivo.

Ventajas de las Células Solares Tándem de Perovskita-Orgánica

• Alta Eficiencia: Combinando dos materiales con diferentes bandas de absorción, se puede alcanzar una eficiencia de conversión de energía superior a la de las células solares tradicionales de silicio.
• Costos de Producción Reducidos: Los materiales de perovskita y orgánicos pueden ser procesados a temperaturas más bajas y mediante técnicas de impresión, lo que reduce significativamente los costos de producción.
• Versatilidad y Aplicaciones Innovadoras: La flexibilidad y translucidez de las células solares tándem de perovskita-orgánica permiten su uso en una variedad de aplicaciones, desde fachadas de edificios y ventanas hasta dispositivos del Internet de las Cosas (IoT).