Investigadores del Swiss Center for Electronics and Microtechnology (CSEM) y de la École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) afirman haber alcanzado una eficiencia de conversión de potencia superior al 30% en una celda solar de triple unión que combina dos celdas de perovskita de película delgada y una celda de silicio en un solo dispositivo.
El resultado fue certificado por el Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT) de China.
Los científicos señalaron que este nuevo resultado representa un récord mundial para esta tecnología de celda, superando el anterior récord de 27,10% establecido por un equipo de investigación liderado por la National University of Singapore (NUS).
Los investigadores informaron haber abordado dos desafíos principales en las celdas solares de triple unión: el bajo voltaje en la capa superior de perovskita y la corriente limitada en la capa intermedia. Enfrentaron estos problemas mediante tres modificaciones clave en los materiales del dispositivo y su diseño óptico.
En primer lugar, introdujeron una molécula que guía el crecimiento de los cristales de perovskita y pasiva defectos, lo que permite que la celda superior alcance voltajes de 1,4 V bajo iluminación solar. A continuación, desarrollaron un nuevo proceso de fabricación en tres etapas para la celda intermedia, mejorando la absorción de luz en el rango del infrarrojo cercano. Finalmente, incorporaron nanopartículas de óxido de silicio (SiOx) entre la celda inferior de silicio y la capa intermedia de perovskita para reflejar luz adicional hacia la celda intermedia, incrementando aún más su corriente.
Fotografías de las celdas solares de triple unión de 1, 4 y 54 cm², que muestran la ampliación del proceso.
Imagen: EPFL
«Demostramos que, con un diseño y procesamiento inteligentes, podemos alcanzar niveles de rendimiento tradicionalmente reservados para las celdas solares de múltiples uniones III–V más caras utilizadas en el espacio, que están compuestas por múltiples capas de semiconductores», dijo el autor principal de la investigación, Kerem Artuk. «Estos pueden alcanzar hasta un 37% de eficiencia y cuestan unas 1.000 veces más que las celdas terrestres por vatio. Nuestro enfoque abre la puerta a una nueva generación de modelos industrialmente viables y de alta eficiencia fotovoltaica de múltiples uniones.”
“Nuestra primera demostración en 2018 tenía solo un 13% de eficiencia, por lo que superar hoy el 30% en un dispositivo de triple unión es un logro notable”, añadió el jefe del PV-Lab, Christophe Ballif. “Las celdas solares de triple unión tienen un potencial de eficiencia aún mayor en comparación con las de unión simple y las de tándem, muy por encima del 40%”.
El nuevo dispositivo fue presentado en el estudio “Triple-junction solar cells with improved carrier and photon management” (Celdas solares de triple unión con gestión mejorada de portadores y fotones.), publicado en la revista Nature.
El equipo de investigación incluyó también académicos del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE de Alemania y de la University of Queensland de Australia, entre otros.
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