·
·
Tecnología y ciencia
Científicos chinos logran una eficiencia certificada del 30,3% en células solares tandem de perovskita, con una durabilidad récord de 1.000 horas.
Un equipo de científicos chinos ha superado la barrera del 30% de eficiencia en células solares tandem de perovskita, un hito que acerca esta tecnología a la producción comercial. El avance, liderado por los doctores Ge Ziyi y Liu Chang del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo (NIMTE), dependiente de la Academia China de Ciencias (CAS), se logró mediante un nuevo método para controlar la cristalización de los materiales durante la fabricación.
Las células tandem rígidas alcanzaron una eficiencia certificada de conversión de potencia del 30,3%, mientras que las versiones flexibles lograron un 28%. Los investigadores creen que este desarrollo puede acelerar la creación de tecnologías solares ligeras y de alta eficiencia, más baratas y fáciles de fabricar que los paneles tradicionales de silicio.
Las células tandem de perovskita son consideradas una de las tecnologías fotovoltaicas (PV) más prometedoras, ya que pueden capturar la luz solar de forma más eficiente que las células convencionales de una sola unión y se producen mediante procesamiento en solución a baja temperatura, lo que reduce los costes de fabricación. Sin embargo, la cristalización asincrónica —donde diferentes partes de las películas de perovskita se cristalizan a ritmos distintos— genera defectos estructurales e inconsistencias que merman la eficiencia y la estabilidad a largo plazo.
Para resolverlo, el equipo diseñó una estrategia de aditivos basada en la teoría de ácidos y bases duros y blandos (HSAB). Introdujeron aditivos seleccionados en las capas de perovskita de banda ancha y de banda estrecha para sincronizar la nucleación y el crecimiento de los cristales. En concreto, usaron aditivos de difluoro(oxalato)borato (DFOB⁻) para las perovskitas de banda ancha y tetrafluoroborato (BF4⁻) para las de banda estrecha. Los análisis estructurales y ópticos confirmaron que el método promovía un crecimiento cristalino homogéneo y prevenía la redistribución de haluros, una causa común de defectos y acumulación de tensión en las células.
Las mejoras elevaron el rendimiento general de los dispositivos tandem. La eficiencia de las células de perovskita de banda ancha pasó del 18,5% al 20,1%, mientras que las de banda estrecha mejoraron del 21,6% al 23,3%. Integradas en arquitecturas tandem monolíticas de dos terminales, las células rígidas optimizadas alcanzaron una eficiencia máxima del 30,3%, con un voltaje de circuito abierto de 2,16 voltios (V) y un factor de llenado del 85,2%. Las células flexibles, por su parte, lograron un 28,2% de eficiencia, con un valor certificado del 28,0%.
La estabilidad operativa, el principal cuello de botella para la adopción comercial de las células solares de perovskita (PSC), también mostró resultados sobresalientes. El dispositivo rígido optimizado retuvo el 92% de su eficiencia inicial tras 1.000 horas de seguimiento del punto de máxima potencia. Al mismo tiempo, las tandems flexibles mantuvieron el 95,2% de su eficiencia original después de 10.000 ciclos de flexión.
Este resultado subraya su potencial para electrónica portátil, sistemas de energía ligeros y aplicaciones solares flexibles. «Este estudio establece un principio químico general para regular la cristalización en sistemas de perovskita composicionalmente complejos», concluyeron los investigadores en un comunicado de prensa. El estudio ha sido publicado en la revista Nature Nanotechnology.
