Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), en Alemania, han desarrollado un prototipo de módulos solares en tándem de perovskita-perovskita totalmente escalables. Estos módulos tienen una eficiencia de hasta el 19,1% en un área de apertura de 12,25 centímetros cuadrados.
Este resultado ha sido posible gracias a la mejora de la eficiencia con la gestión de la luz específica, la estructuración por láser de alto rendimiento y el uso de procesos de recubrimiento establecidos industrialmente.
Alta eficiencia y rentabilidad
En los últimos años, las células solares fabricadas con semiconductores de perovskita han demostrado ser especialmente prometedoras gracias a su alta eficiencia y bajos costes de fabricación. A pesar del enorme desarrollo, la eficiencia de una sola celda de perovskita es limitada. Esta limitación se puede superar apilando dos celdas solares con diferentes bandas prohibidas. La banda prohibida es una propiedad material que determina la parte del espectro de luz que absorbe una celda solar para generar electricidad.
Las células solares en tándem utilizan una parte más amplia del espectro de luz y entregan más corriente, por lo que ofrecen una mayor eficiencia. Las células solares de perovskita con una banda prohibida sintonizable son ideales como compañeros de tándem para células solares hechas de otros materiales, pero también para células solares en tándem de perovskita-perovskita.
Estos se caracterizan por una producción rentable, procesamiento con procesos basados en soluciones, flexibilidad mecánica y la libertad de combinar diferentes celdas individuales con diferentes bandas prohibidas de perovskita.
Solución escalable
La investigación asume que los módulos solares en tándem de perovskita-perovskita conquistarán altas cuotas de mercado en el futuro, siempre que cumplan con los requisitos de estabilidad y escalabilidad.
El departamento del profesor titular Ulrich W. Paetzold en el Instituto de Tecnología de Microestructuras y el Instituto de Tecnología de la Luz de KIT ha desarrollado con éxito un prototipo para escalar módulos solares en tándem de perovskita-perovskita altamente eficientes.
Los investigadores lograron escalar celdas individuales de perovskita con eficiencias de hasta el 23,5% y un área de apertura de 0,1 centímetros cuadrados a módulos solares en tándem de perovskita-perovskita con eficiencias de hasta el 19,1% y un área de apertura de 12,25 centímetros cuadrados.
El área de apertura es la porción utilizable del área que no está cubierta por electrodos, marcos o accesorios. Al aumentar la escala, la pérdida de eficiencia es relativamente pequeña, alrededor del 5%.
Sistema innovador
El resultado se basa en tres innovaciones principales. En primer lugar, los investigadores de KIT aumentaron la eficiencia a través de una gestión de la luz específica, es decir, optimizando la trayectoria de la luz y reduciendo la reflexión en la arquitectura de la célula solar.
La segunda innovación fue conseguir un diseño eficiente para los módulos solares en tándem utilizando patrones láser de alto rendimiento, lo que hace posible producir minimódulos solares en tándem funcionales con tiras de células conectadas entre sí en dos polos.
Por último, los investigadores utilizaron métodos de recubrimiento como rasquetas y deposición al vacío, que ya están establecidos en la industria.