La primera célula solar de perovskita flexible del mundo logra una eficiencia récord del 22,8%

Actualizado: 05/07/2024

Investigadores del Instituto Ningbo lograron un gran avance con la primera célula solar tándem flexible de perovskita/silicio, alcanzando una eficiencia del 22,8 % y una alta durabilidad, allanando el camino para células solares ligeras y de alto rendimiento.

Primeras células solares flexibles de perovskita con un récord de eficiencia del 22.8%

Un equipo de científicos ha desarrollado con éxito la primera célula solar flexible de perovskita/silicio con una eficiencia récord del 22.8%. Este avance supone un gran paso adelante para la tecnología de células solares flexibles y representa un nuevo precedente en términos de eficiencia.

Innovación en células solares flexibles

Las células solares de perovskita ofrecen grandes ventajas para el desarrollo de paneles solares fotovoltaicos de bajo coste y alta eficiencia. Hasta la fecha, los científicos han logrado eficiencias de hasta el 33.9% con células solares rígidas de perovskita/silicio. Sin embargo, el desarrollo de versiones flexibles de estas células ha sido comprensiblemente más lento.

Mejorar la absorción de luz en las células inferiores de silicio ultrafinas, sin comprometer su flexibilidad, ha demostrado ser un desafío significativo. En un nuevo estudio, científicos del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, de la Academia China de Ciencias, han proporcionado detalles sobre su nueva célula solar flexible de perovskita/silicio.

Detalles técnicos del avance

Es la primera célula solar flexible de perovskita/silicio basada en silicio ultrafino, con un grosor de aproximadamente 30 micrómetros (µm). Un micrómetro es equivalente a una millonésima parte de un metro.

Los científicos lograron mejorar significativamente la flexibilidad del sustrato de silicio de la célula solar sin reducir la absorción de luz. Redujeron el grosor de la oblea y ajustaron los tamaños de las texturas de captura de luz. Además, encapsularon las células superiores de perovskita, lo que mejoró la durabilidad mecánica del material y abordó preocupaciones sobre fracturas en la superficie de la célula solar.

Nuevo récord de eficiencia en células solares flexibles

En las pruebas, los científicos demostraron que su célula solar flexible de perovskita/silicio alcanzó una eficiencia estabilizada certificada del 22.8%. Este es un récord de eficiencia para las células solares flexibles.

Su célula solar flexible también tiene una relación potencia-peso de 3.12 W g⁻¹. Crucialmente, también tiene una alta durabilidad en flexión, manteniendo el 98.2% de su rendimiento inicial después de someterse a 3.000 ciclos de flexión.

El nuevo estudio demuestra la viabilidad de las células solares flexibles de perovskita/silicio, lo que podría abrir una gran cantidad de nuevas aplicaciones en diferentes campos. Estos incluyen el uso como paneles solares en embarcaciones marítimas, iluminación en áreas exteriores y como fuente de energía en ventanas.

En febrero, científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Jiangsu (JUST) en China anunciaron el desarrollo de células solares basadas en silicio. Aunque estas células solares eran más delgadas que una hoja de papel, su eficiencia era menor.

Más información: www.sciencedirect.com

Funcionamiento de una Célula Solar Flexible de Perovskita/Silicio

Las células solares flexibles de perovskita/silicio representan una innovación en la tecnología de energía solar, combinando materiales avanzados para lograr eficiencia y flexibilidad. Aquí se detalla cómo funcionan:

Estructura de la Célula Solar

1. Capa de Perovskita: La perovskita es un material que absorbe eficientemente la luz solar y convierte los fotones en electrones. Esta capa se encuentra en la parte superior de la célula solar y es responsable de capturar una amplia gama de longitudes de onda de luz, aumentando así la eficiencia.
2. Capa de Silicio Ultradelgado: Debajo de la capa de perovskita se encuentra una capa de silicio ultradelgado, aproximadamente 30 micrómetros (µm) de grosor. Esta capa también absorbe luz, especialmente en las longitudes de onda que la perovskita no captura, y contribuye a la generación de energía eléctrica.
3. Sustrato Flexible: Tanto la capa de perovskita como la de silicio están depositadas sobre un sustrato flexible, lo que permite que la célula solar se doble sin romperse. Este sustrato está diseñado para ser ligero y duradero.

Proceso de Conversión de Energía

1. Absorción de Luz: La luz solar incide sobre la célula solar, siendo absorbida primero por la capa de perovskita. Los fotones de la luz excitan los electrones en la perovskita, generando pares de electrones-huecos.
2. Separación de Cargas: Los electrones excitados en la perovskita se mueven hacia el silicio ultradelgado, donde también se generan electrones adicionales debido a la absorción de luz en esta capa. La interfaz entre la perovskita y el silicio actúa como una barrera de carga, separando efectivamente los electrones y huecos y reduciendo la recombinación de cargas.
3. Transporte de Cargas: Los electrones y huecos se transportan a través de las capas de la célula solar hacia los electrodos, que son capas conductoras situadas en la parte superior e inferior de la célula.
4. Generación de Corriente Eléctrica: Los electrones son recogidos en el electrodo negativo y los huecos en el electrodo positivo, creando una corriente eléctrica continua (DC) que puede ser utilizada para alimentar dispositivos o almacenada en baterías.

Ventajas de la Tecnología

1. Alta Eficiencia: La combinación de perovskita y silicio permite una mayor absorción de luz y, por tanto, una mayor eficiencia en la conversión de energía solar en electricidad. La eficiencia récord actual es del 22.8%.
2. Flexibilidad y Durabilidad: La estructura flexible permite que las células solares se puedan utilizar en superficies curvas y móviles, como ropa, vehículos y dispositivos portátiles. La alta durabilidad se demuestra al mantener el 98.2% de su rendimiento inicial después de 3,000 ciclos de flexión.
3. Peso Ligero: La delgadez de los materiales utilizados reduce significativamente el peso de las células solares, lo que es beneficioso para aplicaciones en las que el peso es un factor crítico, como en la tecnología portátil y la aeroespacial.

Las células solares flexibles de perovskita/silicio representan una prometedora evolución en la tecnología solar, combinando eficiencia, flexibilidad y durabilidad para una amplia gama de aplicaciones innovadoras.