Vincular dos tecnologías solares es beneficioso para todos en términos de eficiencia y estabilidad.

Vincular dos tecnologías solares es beneficioso para todos en términos de eficiencia y estabilidad.

Sello de tiempo: 5 de septiembre de 2023 10:54 a.m.
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05 de septiembre de 2023 (Noticias de Nanowerk) Si bien las células solares convencionales basadas en silicio han tenido un impacto inequívoco en la creación de recursos de energía renovable en todo el mundo, se ha vuelto cada vez más difícil realizar mejoras adicionales en el rendimiento a medida que los dispositivos se acercan a sus límites prácticos de eficiencia. Esta limitación ha llevado a los científicos a buscar nuevas tecnologías que puedan combinarse con células de silicio para lograr mayores eficiencias. Células solares hechas con cristales llamados perovskitas son una de esas tecnologías que han surgido rápidamente como un atractivo complemento de bajo costo, pero las células de perovskita son notoriamente susceptibles a los cambios inducidos por el voltaje: la sombra proyectada por la rama de un árbol colgante o una planta cercana puede destruir un módulo completo en cuestión de minutos. Ahora, investigadores de la Universidad de Princeton y la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) han conectado la bien establecida célula solar de silicio con la prometedora perovskita en una célula solar en tándem no sólo para aumentar la eficiencia general, sino también para fortalecer la estabilidad. Los resultados, reportados en Joule (“Resiliencia de polarización inversa de células solares monolíticas en tándem de perovskita/silicio”), ilustran que la conexión protege la frágil célula solar de perovskita de la avería inducida por el voltaje y, al mismo tiempo, logra mayores eficiencias que las que cualquiera de las células puede lograr por sí sola. "Las células solares en tándem ya han demostrado eficiencias de conversión de energía mayores que las de silicio o perovskita solas", dijo Barry Rand, líder de investigación y profesor de ingeniería eléctrica e informática del Centro Andlinger para la Energía y el Medio Ambiente. "Pensamos que, además de su mayor eficiencia, las células solares en tándem también podrían resolver algunos de los desafíos de estabilidad que enfrentan las perovskitas al unirlas con células de silicio, que son mucho más estables". Para probar su hipótesis, los investigadores construyeron tres cadenas de células solares: una que contenía sólo células solares de silicio, otra sólo con perovskitas y otra compuesta por células solares en tándem, con las dos tecnologías conectadas en serie. Luego, los investigadores sombrearon una de las celdas de la cadena para simular las condiciones de sombra parcial que un panel solar puede encontrar al menos una vez en sus décadas de vida útil. Este sombreado parcial suele significar la perdición para las perovskitas, ya que las células aún iluminadas obligan a la carga a fluir a través de la célula ahora sombreada e inactiva, degradándola rápidamente tanto a ella como a todo el módulo. Las células solares de silicio, por otro lado, son mucho más resistentes a los flujos de voltaje y pueden soportar períodos de sombra parcial con menos problemas. Como era de esperar, el módulo solar de perovskita se deterioró rápidamente después de una sombra parcial, mientras que el módulo solar de silicio solo sufrió un impacto mínimo. Curiosamente, sin embargo, el módulo solar en tándem era tan resistente como el módulo de solo silicio, lo que implica que al conectar las dos tecnologías solares, la célula de silicio pudo enmascarar la fragilidad de la perovskita. "Cuando se combinan dos materiales diferentes para formar un producto final, normalmente es el eslabón más débil el que termina determinando la resistencia general de la cadena", dijo el coautor Stefaan De Wolf, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en KAUST. "Pero en este caso, en realidad es el componente más fuerte el que protegió al más débil". Los investigadores dijeron que sus hallazgos demuestran que la sombra parcial, que ha sido un obstáculo importante para los módulos de perovskita únicamente, puede ser una preocupación insignificante para los dispositivos solares en tándem conectados en serie. El equipo también dijo que los hallazgos son un buen augurio para las perspectivas de comercialización de las perovskitas, porque implican que las perovskitas pueden tener el mayor potencial cuando se implementan en complemento con células solares de silicio, para las cuales ya existe un ecosistema de fabricación maduro. En lugar de tener que crear un proceso de fabricación competitivo, se podrían añadir perovskitas al proceso de producción comercialmente probado de células solares de silicio. Si bien el equipo señaló que aún quedan por resolver varios desafíos, además de la sombra parcial, antes de que las células solares en tándem alcancen la vida útil esperada de las tecnologías solares comerciales, como su escasa resistencia al calor, dijeron que los dispositivos en tándem podrían permitir que la investigación solar continúe evolucionando después Las células solares de silicio alcanzan sus límites superiores de eficiencia de conversión de energía. "Si se pueden resolver otros desafíos de estabilidad, las células solares en tándem podrían esencialmente tomar una tecnología comercial que ya es exitosa y mejorarla aún más", dijo Rand.

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