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Un impulso a la tecnología de celdas solares de perovskita-silicio en tándem

A pesar de la naturaleza impredecible de la luz emitida por el sol, la industria de las celdas fotovoltaicas sigue evolucionando de forma constante. Ahora, un grupo de investigadores financiado con fondos europeos ha logrado un récord mundial de eficiencia de conversión gracias a un material de tercera generación depositado sobre silicio.

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La tecnología fotovoltaica (FV) ha avanzado rápidamente desde la primera demostración práctica de una celda fotovoltaica de silicio cristalino por Bell Labs en 1954. Sin embargo, a medida que las eficiencias van alcanzando sus límites teóricos, se siguen buscando nuevos materiales y métodos que permitan aumentar la eficiencia y reducir los costes. Entre las tecnologías de tercera generación más prometedoras que se están desarrollando se encuentran las basadas en el uso de perovskitas, una clase de hálidos organometálicos cristalinos en los cuales se pueden integrar varios cationes diferentes. Las eficiencias han aumentado exponencialmente durante la última década y se prevé que el mercado crezca hasta superar los 500 millones de dólares estadounidenses de aquí a 2028. El proyecto financiado con fondos europeos CHEOPS tenía como finalidad lograr avances en eficiencia y procesos para impulsar la capacidad de producción de las celdas fotovoltaicas basadas en perovskita. El silicio estándar absorbe los fotones de baja energía. La perovskita ofrece la oportunidad de aprovechar más energía lumínica, especialmente en el caso de los fotones azules de alta energía. Al utilizar perovskita en sus capas activas, los investigadores intentaban explotar el potencial de este material para producir a gran escala con un bajo coste. Ampliación de los límites de las celdas fotovoltaicas basadas en perovskita Desde el punto de vista tecnológico, el primer objetivo era mejorar la eficiencia de las celdas fotovoltaicas de uniones simples y, a continuación, explotar la conocida como tecnología de tándem mediante la colocación de una capa de perovskita sobre el silicio. Los investigadores de CHEOPS ampliaron un prototipo de laboratorio de 1 × 1 cm² de perovskita baja en plomo de uniones simples y con una eficiencia del 15 % a un módulo demostrador de 10 × 10 cm² con una pérdida mínima de eficiencia. Este fue un logro importante, que también puso de manifiesto la necesidad de una nueva tecnología que facilitase el control de los procesos. El equipo está trabajando para desarrollar nuevas técnicas de deposición que permitan el revestimiento uniforme de una gran área de películas compactas compatibles con los requisitos de la industria. En lo que respecta a la tecnología de tándem de perovskita-silicio, el coordinador del proyecto, Nicolay Sylvain, explica: «CHEOPS demostró por primera vez la posibilidad de colocar celdas de perovskita sobre una capa de celdas de silicio con una superficie completamente texturada. Dado que el mercado FV del silicio estándar está utilizando este tipo de celdas texturadas, el hecho de poder utilizarlas de esta manera representa un factor fundamental para la explotación futura de la perovskita. Además, varios socios del proyecto CHEOPS demostraron unos niveles de eficiencia de récord mundial». La celda con heterounión en tándem de perovskita-silicio (1,43 cm²) logró una eficiencia de conversión de energía del 25,4 %, superando el récord mundial previo de los socios de CHEOPS. Los científicos también han desarrollado protocolos de medición unificados y estandarizados para garantizar unas comparaciones más precisas entre los distintos métodos. Tal y como explica Sylvain: «Actualmente se utilizan muchos protocolos diferentes para medir los dispositivos FV basados en perovskita, lo cual dificulta las comparaciones. Los socios de CHEOPS han acordado un protocolo de medición unificado que se comunicará a través de un libro blanco». Las celdas fotovoltaicas basadas en perovskita reciben luz verde El equipo llevó a cabo análisis socioeconómicos críticos, que demostraron que la explotación de esta tecnología está garantizada. Según Sylvain: «La perovskita es una tecnología que puede modificar claramente el entorno de los sistemas fotovoltaicos al hacer posible contar con unos módulos FV más eficientes y con un menor coste». Tras el gran éxito al demostrar la evaporación de la perovskita sobre una capa de celdas de silicio totalmente texturadas y la baja pérdida de eficiencia de la celda al módulo en las celdas de perovskita de uniones simples, varios socios del proyecto se encuentran en conversaciones con fabricantes para aprovechar los desenlaces del proyecto. El futuro de los módulos FV de perovskita es brillante y las contribuciones del proyecto CHEOPS allanan el camino para el liderazgo europeo en este importante campo.

Palabras clave

CHEOPS, perovskita, celdas, silicio, eficiencia, FV, solar, celdas fotovoltaicas, uniones simples, celdas en tándem

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