En una investigación conjunta, científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) y el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar reemplazaron con éxito el recubrimiento por centrifugación por recubrimiento de láminas en la producción de células solares en tándem de perovskita y silicio. Mediante una “vía híbrida” que combina la evaporación y el recubrimiento de láminas para depositar células solares de perovskita sobre celdas inferiores de silicio, produjeron células solares en tándem con eficiencias cercanas al 28 %. Su resultado abre el camino a la producción a gran escala de esta prometedora nueva tecnología de células solares.
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Proceso híbrido de dos pasos
Si bien las células solares de perovskita y silicio actuales entusiasman a la industria fotovoltaica con eficiencias de conversión de alta potencia superiores al 33 % en el laboratorio, su producción a gran escala sigue siendo un desafío. “Aplicar con éxito los materiales de perovskita con tecnologías escalables en la celda inferior de silicio ha sido un gran avance para nosotros”, afirmó Oussama Er-raji, estudiante de doctorado y líder del proyecto en Fraunhofer ISE. “En un proceso híbrido de dos pasos, primero se evaporan los componentes inorgánicos del absorbedor de perovskita, seguido del recubrimiento de las cuchillas con los componentes orgánicos. Esto lo hace apto para la producción a escala industrial».
El científico demostró células solares en tándem de silicio perovskita totalmente texturizadas con voltajes de circuito abierto superiores a 1900 milivoltios y eficiencias del 27,8 %. Además, descubrieron que la velocidad de recubrimiento en el proceso híbrido de evaporación/recubrimiento de láminas no afecta el espesor de la perovskita, a diferencia de las perovskitas con recubrimiento de cuchillas en un solo paso, pero sí se correlaciona con la tasa de conversión de la perovskita, clave para la optimización del absorbedor.
Con este estudio, los investigadores del Fraunhofer ISE aprovecharon su amplia experiencia con la ruta híbrida, que combina la evaporación con un paso de proceso químico húmedo. Si bien anteriormente se había utilizado el recubrimiento por centrifugación para el paso químico húmedo, ahora pudieron aplicar su experiencia al recubrimiento de láminas, más escalable, para el segundo paso .
Muchos grupos de investigación en perovskita, como KAUST y Fraunhofer ISE, investigan vías que permitirían la producción en masa de células solares en tándem de perovskita y silicio. Hasta ahora, la producción de células solares de perovskita y silicio se realiza principalmente mediante recubrimiento por centrifugación. “El recubrimiento por centrifugación es una excelente técnica de laboratorio, ya que es muy flexible y permite probar rápidamente nuevos materiales, aditivos y parámetros de proceso. Sin embargo, no es adecuada para la producción a gran escala”, declaró Juliane Borchert, jefa del grupo de Materiales e Interfaces de Perovskita en Fraunhofer ISE. “También esperamos que los conocimientos sobre la dinámica durante el recubrimiento de álabes se puedan transferir al recubrimiento de ranuras y matrices, que es aún más adecuado para el escalado”, añadió Borchert.
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Las células solares de silicio pueden convertir un máximo físico del 29,4 % de la luz solar en electricidad. Para seguir mejorando la eficiencia de las células solares, investigadores solares de todo el mundo están recurriendo a la energía fotovoltaica en tándem, especialmente a la combinación de una célula inferior de silicio y una superior de perovskita. Mientras que la célula solar de silicio convierte principalmente la fracción roja de la luz solar en electricidad de forma eficiente, una subcélula superior de perovskitas puede aprovechar mejor la fracción azul de la luz.