Investigadores de la Universidad de Toronto Engineering y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah KAUST han superado un obstáculo clave al combinar la tecnología emergente de recolección solar de perovskitas con el estándar de oro comercial: las células solares de silicio. El resultado es uncélula solar en tándem altamente eficiente y estable, una de las de mejor desempeño reportado hasta la fecha.
"Hoy en día, las células solares de silicio son más eficientes y menos costosas que nunca", dice el profesor Ted Sargent, autor principal de un nuevo artículo publicado hoy en ciencia . "Pero existen límites sobre la eficacia del silicio por sí solo. Estamos enfocados en superar estos límites utilizando un enfoque en tándem dos capas".
Al igual que el silicio, los cristales de perovskita pueden absorber energía solar para excitar electrones que pueden canalizarse a un circuito. Pero a diferencia del silicio, las perovskitas se pueden mezclar con líquido para crear una 'tinta solar' que se puede imprimir en las superficies.
El enfoque de fabricación basado en tinta, conocido como procesamiento de soluciones, ya está bien establecido en la industria de la impresión y, por lo tanto, tiene el potencial de reducir el costo de fabricación de células solares.
"Agregar una capa de cristales de perovskita sobre silicio texturizado para crear una célula solar en tándem es una excelente manera de mejorar su rendimiento", dice Yi Hou, investigador postdoctoral y autor principal del nuevo artículo ". Pero el estándar actual de la industriase basa en obleas, láminas delgadas de silicio cristalino, que no fueron diseñadas teniendo en cuenta este enfoque ".
Aunque pueden parecer suaves, las obleas de silicio estándar utilizadas para las células solares presentan pequeñas estructuras piramidales de aproximadamente dos micrómetros de alto. La superficie irregular minimiza la cantidad de luz que se refleja en la superficie del silicio y aumenta la eficiencia general, pero también dificultapara cubrir una capa uniforme de perovskitas en la parte superior.
"La mayoría de las celdas en tándem anteriores se hicieron puliendo primero la superficie de silicio para suavizarla y luego agregando la capa de perovskita", dice Hou. "Eso funciona, pero a un costo adicional".
Hou y el resto del equipo, incluidos Sargent y el profesor Stefaan De Wolf de KAUST, adoptaron un enfoque diferente. Aumentaron el grosor de la capa de perovskita, haciéndola lo suficientemente alta como para cubrir tanto los picos como los valles creados por elestructuras piramidales.
El equipo descubrió que las perovskitas en los valles generaban un campo eléctrico que separaba los electrones generados en la capa de perovskita de los generados en la capa de silicio. Este tipo de separación de carga es beneficioso porque aumenta las posibilidades de que las cargas excitadas fluyan haciael circuito en lugar de otras partes de la celda.
El equipo mejoró aún más la separación de carga al recubrir los cristales de perovskita en una 'capa de pasivación' hecha de 1-butanotiol, un químico industrial común.
Las células solares en tándem lograron una eficiencia del 25,7 por ciento, según lo certificado por un laboratorio externo e independiente, el Instituto Fraunhofer de Energía Solar en Friburgo, Alemania. Esta es una de las eficiencias más altas jamás reportadas para este tipo de diseño.también estable, soportando temperaturas de hasta 85 grados centígrados durante más de 400 horas sin una pérdida significativa de rendimiento.
"El hecho de que podamos hacer todo esto sin modificar el silicio lo convierte en una solución directa", dice Hou. "La industria puede aplicar esto sin tener que hacer cambios costosos en sus procesos existentes".
Hou y el equipo continúan trabajando en mejoras en el diseño, incluida el aumento de la estabilidad hasta 1,000 horas, un punto de referencia de la industria.
"Estamos muy orgullosos del desempeño récord que esta colaboración pudo lograr, pero esto es solo el comienzo", dice Hou. "Al superar una limitación clave en las células solares en tándem, hemos preparado el escenario paraganancias aún mayores "
"Nuestro enfoque abre una puerta para que la industria fotovoltaica de silicio explote por completo los grandes avances que la tecnología de perovskita ha logrado hasta ahora", dice De Wolf. "Esto puede traer al mercado paneles fotovoltaicos con mayor rendimiento a bajo costo".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería de la Universidad de Toronto . Original escrito por Tyler Irving. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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