Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un Técnica innovadora para controlar la orientación de los cristales. en películas de perovskita de banda ancha, manteniendo una transmisión de carga efectiva. Esta metodología se ha aplicado con éxito en uno Célula solar tándem íntegramente en perovskitaconsiguiendo una eficiencia certificada del 29,1% y una tensión en circuito abierto de 2,21V.
Técnicas avanzadas para mejorar la eficiencia de las células solares de perovskita
El equipo, liderado porUniversidad de Nanjing en Chinacreó una célula solar en tándem de 0,049 cm² que reduce las pérdidas de voltaje de circuito abierto en la subcélula de banda ancha y mejora el rendimiento general.
La clave de este éxito reside en el uso de perovskitas bidimensionales (2D) como fase intermedia en la superficie de la película, lo que permitió reducir la recombinación no radiativa. «En nuestras pruebas de laboratorio, logramos una eficiencia récord del 29,7%, con un voltaje de circuito abierto de 2,175 V, una densidad de corriente de 16,4 mA/cm² y un factor de llenado del 83,3%», dijo Renxing Lin, coautor del estudio. estudiar. Los resultados fueron certificados por el laboratorio japonés JET (Laboratorio de Tecnología Ambiental y Seguridad Eléctrica de Japón).
Mejora de la orientación cristalina de las perovskitas.
Los investigadores demostraron que, mediante la ingeniería composicional de superficies, es posible aumentar la cantidad de fases bidimensionales sin tener que recurrir a una cantidad excesiva de ligandos 2D, que de otro modo limitarían el transporte de carga. En particular, durante el proceso de fabricación, se agregaron yoduro de feniletilamonio (PEAI) Y yoduro de metilamonio (MAI) al antidisolvente, formando una fina capa de perovskita 2D en la superficie de la subcelda de banda prohibida ancha.
Esta capa promovió el crecimiento vertical de cristales tridimensionales (3D) orientados a lo largo del eje (100), gracias a la reducción de la energía interfacial en la Heteroestratos 2D/3D. «El tratamiento antisolvente no sólo mejoró la superficie de la perovskita, sino que también influyó significativamente en la orientación cristalográfica, promoviendo una alineación más favorable», explicó Lin.
El resultado fue una película de perovskita de alta calidad con orientación (100), que permitió suprimir la recombinación no radiativa y lograr un voltaje de circuito abierto de 1,373 V para una banda prohibida de 1,78 eV y una eficiencia del 21,1%.
Configuración en tándem y estabilidad a largo plazo
Para lograr un rendimiento tan alto, la celda en tándem se creó combinando la subcelda de banda prohibida ancha con una subcelda de banda prohibida estrecha de alta eficiencia. Este último se ha optimizado mediante un diseño óptico-eléctrico bien calibrado.
Durante los experimentos, los investigadores exploraron varias estrategias para mejorar las películas WBG. Estos incluyen la adición directa de PEAI a la solución precursora como aditivo directo (DA) y la introducción de PEAI en el antidisolvente como aditivo de proceso (SPA). Además, otra variante de SPA implicó una mezcla de MAI y PEAI en una proporción de 1:2, creando un entorno local rico en MA.
Las pruebas de estabilidad demostraron que las muestras que contenían MA mantuvieron más del 85 % de su eficiencia inicial durante 500 horas. Sin embargo, las muestras MA sin cationes mostraron un mejor rendimiento. «Los estudios futuros deberían centrarse en aditivos que no sean MA para mejorar aún más la formación de plantillas 2D», enfatizaron los investigadores.
El equipo planea aplicar esta tecnología industrialmente, optimizando la eficiencia y la estabilidad a largo plazo para aplicaciones a gran escala, tanto residenciales como de servicios públicos. Entre los objetivos se encuentra el creación de dispositivos más grandes a través del método de revestimiento de la hojauna técnica escalable y económicamente ventajosa:
Nos centramos en optimizar parámetros como la composición del disolvente, la tasa de deposición, las condiciones de recocido y la uniformidad del recubrimiento para garantizar una calidad constante de la película en sustratos más grandes.
El grupo también está investigando técnicas de caracterización avanzadas para comprender mejor cómo afecta el proceso de escalado a la cristalinidad, la orientación y la morfología general de las películas de perovskita.
La carrera global para superar los límites de la eficiencia
Reducir los costes de la energía solar y mejorar la eficiencia de los paneles fotovoltaicos representa un desafío crucial para un futuro sostenible. Aunque el equipo de la Universidad de Nanjing ha conseguido un resultado extraordinario con células tándem totalmente de perovskita, no son los únicos protagonistas de esta revolución tecnológica.
China está produciendo mayores avances, como lo demuestra la innovación de celda en tándem de perovskita-silicio desarrollado por científicos de la Universidad Politécnica del Noroeste de Xi’an, provincia de Shaanxi. Esta celda semitransparente de cuatro terminales integra una capa protectora avanzada de óxido de indio (In₂O₃)que no solo mejora la eficiencia sino que también se produce mediante un método de bajo costo y sin solventes. Un enfoque más sostenible y fácilmente escalable para la producción a gran escala.
La competencia internacional para superar los límites de la eficiencia fotovoltaica no termina aquí. la empresa china LARGO ha alcanzado recientemente unEficiencia récord del 33,9%. con celdas en tándem de silicio-perovskita, superando por primera vez el límite teórico de Shockley-Queisser en un 33,7% para las células de unión simple. Este logro abre nuevas posibilidades para la eficiencia energética y la productividad a escala global.
También Oxford PVen colaboración con el Instituto Fraunhofer, fue noticia al anunciar una eficiencia de 25% por sus paneles solares tándem de perovskita sobre silicio. Gracias a esta innovación, Oxford PV ha consolidado su papel en la transformación del sector fotovoltaico.
El futuro de la energía renovable está cada vez más cerca y con cada nuevo récord de eficiencia nos acercamos a un sistema energético global más limpio y competitivo.