Un método innovador para la arquitectura de celdas fotovoltaicas rompe el récord de eficiencia
La eficiencia de la conversión de la energía solar en energía eléctrica ha pasado del 3,8 % al 25 % en celdas fotovoltaicas de perovskita de área pequeña (con un tamaño inferior a 1 cm2), lo que es muy útil como prueba de concepto, pero no para alimentar cualquier cosa. La eficiencia útil de los módulos solares de perovskita se está quedando atrás, ya que es de tan solo un 16,1 %. Los paneles de silicio disponibles en el mercado tienen una eficiencia de aproximadamente el 20 %; un 26 % en el caso de los mejores dispositivos de área pequeña.
En busca de la eficiencia
«Las perovskitas podrían ser más baratas y abrir nuevos mercados para la energía solar ligera y flexible», comenta Giles Eperon, investigador jefe del proyecto financiado con fondos europeos Crystal Tandem Solar y cofundador y director científico de Swift Solar, empresa anfitriona del proyecto. Pero, como él mismo aduce, para competir con el silicio, la eficiencia del módulo debe ser similar o superior a ese 20 %. Existe un límite en la eficiencia real que puede lograse mediante el empleo de celdas fotovoltaicas de perovskita de unión simple, que constan de una sola capa de semiconductor fotoabsorbente. En concreto, este está en torno al 27 %. «La investigación actual está cerca de alcanzar esa cifra, aproximadamente un 25 %, y su mejora es cada vez más difícil conforme nos acercamos al límite, por lo que el progreso de la investigación se está ralentizando. El gráfico de eficiencia del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos es muy revelador en este sentido», comenta Eperon. El proyecto Crystal Tandem Solar intentó sobrepasar el límite al utilizar dos capas de semiconductor fotoabsorbente en una estructura en «tándem». Tal como Eperon explica: «Esta arquitectura aumenta bastante más el límite de eficiencia real y favorecerá una eficiencia que pueda competir con la de los paneles de silicio». El plan original era usar tándems de silicio y perovskita durante el proyecto. Sin embargo, se logró un gran avance justo antes de que el proyecto echará a rodar, ya que se demostró que los tándems con dos capas de perovskita podían ser muy eficientes. «Entonces nos pusimos a trabajar en esta tecnología fascinante que ofrecía la posibilidad de desarrollar una celda fotovoltaica aún más barata que conservaría, además, las ventajas de la perovskita, principalmente su flexibilidad y ligereza», dice Eperon. Esto supuso nuevos retos. «Con el silicio, podíamos sumergir la oblea en la disolución en la que crecen los cristales de perovskita. Sin embargo, al hacer esto con dos perovskitas, la primera se disolvería al exponerla a la disolución». Para evitar esto, Eperon, cuya investigación contó con el respaldo del programa de Acciones Marie Skłodowska-Curie de la Unión Europea, se centró principalmente en el desarrollo de una capa intermedia protectora y robusta. «Lograrlo nos permitió procesar una perovskita encima de la otra sin dañarla. Dicha capa intermedia estaba compuesta por capas de óxidos depositados por deposición de capa atómica y pulverización catódica», explica Eperon. Al hacer la capa de perovskita monocristalina, el proyecto pretendía eliminar totalmente las pérdidas de energía en el límite del grano para aumentar la eficiencia. No llegaron a conseguirlo, aunque Eperon logró crecer cristales grandes, delgados y de forma controlada, como discos, utilizando variaciones durante la síntesis de nanocristales. Eperon desarrolló la capa intermedia para favorecer el crecimiento sobre el primer sustrato. El trabajo ha permitido conseguir nuevos récords mundiales para los dispositivos en tándem de perovskita-perovskita. «A partir de esta investigación, y una vez finalizado el proyecto, me ofrecieron un trabajo en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de Colorado (Estados Unidos) para continuar esta línea de investigación, lo que ha propiciado más avances y otro récord de eficiencia para los tándems de perovskita-perovskita». «Durante el proyecto, junto con colaboradores, cofundé Swift Solar, una empresa de nueva creación que tiene como objetivo comercializar la tecnología de dispositivos en tándem de perovskita-perovskita en la que trabajé durante el proyecto. Esta tecnología está cobrando impulso conforme crece la necesidad de encontrar energía limpia».
Palabras clave
Crystal Tandem Solar, celdas fotovoltaicas de perovskita, Swift Solar, dispositivos en tándem de perovskita-perovskita
