Las células solares en tándem de perovskita-silicio ofrecen protección adicional contra la degradación por polarización inversa

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Investigadores de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, y de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST), en Arabia Saudí, han comprobado la estabilidad frente al sesgo inverso de células monolíticas en tándem de perovskita y silicio, comparando su rendimiento con el de las células solares de haluro metálico de perovskita de unión simple, y han descubierto que el dispositivo en tándem está “protegido por la subcélula de silicio frente al sesgo inverso”.

En el artículo “Reverse-bias resilience of monolithic perovskite/silicon tandem solar cells” (Resiliencia de polarización inversa de células solares monolíticas en tándem de perovskita/silicio), publicado recientemente en Joule, los científicos señalan que la subcélula de silicio ofrece una resistencia al sesgo inverso tanto en las pruebas de polarización de tensión inversa a largo plazo a nivel de célula única como en las pruebas de sombreado parcial a nivel de módulo.

“Sabíamos que el diodo de la célula solar de silicio sería una resistencia considerablemente mayor en polarización inversa que el de la célula solar de perovskita. Eso significa que el tándem debería heredar la gran estabilidad de la célula solar de silicio, en lugar de la escasa estabilidad en polarización inversa de la célula solar de perovskita por sí sola”, declaró a pv magazine Barry P. Brand, coautor de la investigación.

También explicó que, normalmente, los esfuerzos por mejorar algún aspecto de un dispositivo, como la estabilidad de polarización inversa, comprometen algún otro aspecto de su funcionamiento, por ejemplo, la eficiencia. “En este caso, no es así”, afirmó. “La célula en tándem de silicio-perovskita es de lo más eficiente y, además, mejora la estabilidad de polarización inversa. Eso es algo realmente digno de mención”.

Los investigadores esperan que los resultados sean significativos para las perspectivas comerciales de las células solares de silicio-perovskita, ya que contribuyen a las ventajas sobre otras opciones. “No sólo son más eficientes, sino que no sufren el problema de estabilidad de polarización inversa de una célula solar de unión simple de perovskita típica. Estos factores influyen decisivamente en las perspectivas comerciales de cualquier tecnología solar”, afirma Brand.

El equipo llevó a cabo una serie de pruebas de estrés para comparar la estabilidad de polarización inversa de tres tecnologías de células encapsuladas. En concreto, una célula de unión simple de perovskita, fabricada con una solución de perovskita de triple catión recubierta por rotación sobre vidrio, una célula de unión simple de heterounión de silicio fabricada en una oblea de zona flotante Topsil, y una célula solar monolítica en tándem de perovskita y silicio fabricada con las mismas condiciones y técnicas de deposición que las células de prueba de unión simple, excepto las capas necesarias para el tándem.

Las células se encapsularon en poliuretano termoplástico con sellado de bordes entre láminas de vidrio. Para imitar las condiciones de polarización inversa en un escenario práctico, las células se conectaron en cadenas. La prueba de sombreado parcial incluyó un seguimiento inicial del punto de máxima potencia (MPPT) de 5 minutos con las tres células expuestas a la iluminación de 1 sol, seguido del sombreado total de una de las células y la continuación del MPPT durante 30 m, seguido de un MPPT adicional de 10 minutos con las tres células expuestas a la iluminación de 1 sol. A continuación, el equipo midió la potencia de salida en todo el módulo y la caída de tensión en las células sombreadas antes, durante y después del sombreado.

“La distribución favorable de la tensión, más que una mejora general de la tensión de ruptura, desempeña el papel más importante en el efecto de protección contra polarización inversa”, señalaron los investigadores.

Para concluir, señalaron que las ventajas de la célula en tándem son su mayor eficiencia, un proceso de fabricación bien desarrollado y la capacidad de soportar el estrés del polarismo inverso para mantener la estabilidad en condiciones de sombreado parcial. En cuanto a la resistencia a la polarización inversa de las células de unión simple de perovskita, señalaron que será necesario seguir investigando en áreas como la tecnología de procesamiento y las capas de barrera de bloqueo de iones.

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