EPFL produce un tándem de perovskita de silicio con una eficiencia del 25,2 %, una producción “rentable”

Investigadores de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) y del Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM) han producido una célula solar tándem de perovskita de silicio con una eficiencia de conversión del 25,2 %.

Las células fotovoltaicas de silicio cristalino son tecnología dominante, con una cuota de mercado global del 90 %. De acuerdo con el anuncio hecho por EPFL, las eficiencias de conversión actuales de 20-22 % probablemente no mejoren significativamente, debido al techo teórico máximo de eficiencia de conversión, logrado solo después de años de investigación.

Esto requiere que los fabricantes de células estudien nuevas tecnologías para aumentar aún más la eficiencia. La estratificación de dos arquitecturas de celda diferentes una encima de otra, en tándem o heterounión (HJT) es una técnica que parece ofrecer este siguiente nivel de eficiencias, con células HJT que utilizan una estructura en tándem c-Si / amorfo amorfo (a-Si).

Sin embargo, crear una estructura en tándem efectiva no es una tarea fácil. “La superficie del silicio consiste en una serie de pirámides que miden alrededor de 5 micras, que atrapan la luz y evitan que se refleje. Sin embargo, la textura de la superficie hace que sea difícil depositar una película homogénea de perovskita”, explica Quentin Jeangros, coautor de un documento EPFL que publica los hallazgos del equipo.

El segundo desafío al que se enfrentan los desarrolladores de células tándem es cómo producir estructuras de alta eficiencia de una manera rentable. Sin una productividad rentable, la comercialización a gran escala de la tecnología en tándem sería limitada.

Los investigadores de EPFL y CSEM afirman que su enfoque para combinar los semiconductores de c-Si / perovskita requiere solo unos pocos pasos de producción adicionales. Se dice que los costos de este método de producción son razonables, lo que lo convierte en un posible candidato para la comercialización en el futuro, argumentan los investigadores.

“Hasta ahora, el enfoque estándar para hacer una célula de tándem de perovskita / silicio era nivelar las pirámides de la célula de silicio, lo que disminuía sus propiedades ópticas y por lo tanto su rendimiento, antes de depositar la célula de perovskita encima. También agregó pasos al proceso de fabricación”, dice Florent Sahli, autor principal del estudio.

Los científicos de EPFL y CSEM han evitado ese problema mediante el uso de métodos de evaporación para formar una capa base inorgánica que cubre por completo las pirámides. Esa capa es porosa, lo que le permite retener la solución orgánica líquida que luego se añade utilizando una técnica de deposición de película delgada llamada recubrimiento por rotación. Posteriormente, los investigadores calientan el sustrato a una temperatura relativamente baja de 150 ° C para que cristalice una película homogénea de perovskita sobre las pirámides de silicio.

“Al combinar los dos materiales, podemos maximizar el uso del espectro solar y aumentar la cantidad de energía generada. Los cálculos y el trabajo que hemos realizado muestran que pronto sería posible alcanzar una eficiencia del 30 %”, escriben los autores principales del estudio, Florent Sahli y Jérémie Werner.

Recientemente, Solliance demostró una eficiencia de conversión de una célula tándem de silicio de perovskita del 26,3 %. En el reciente SNEC, Chris Case de Oxford PV, presentó una célula tándem c-Si / perovskita de tamaño completo, que, según él, marcaba un récord en términos de eficiencias.

Mientras diferentes institutos de investigación alcanzan eficiencias de conversión cada vez mayores, será una cuestión de costos ver qué métodos se adoptarán comercialmente. Tras el anuncio de los cortes de China, BNEF informó que los precios de los módulos en todo el mundo probablemente bajen en un 34 %. Esto creará una competencia seria para equipos potencialmente costosos de alta eficiencia.

Según EPFL, la nueva célula es compatible con tecnologías basadas en silicio monocristalino, que están ganando tracción en el mercado. “Estamos proponiendo usar equipos que ya están en uso, simplemente agregando algunas etapas específicas. Los fabricantes no adoptarán una tecnología solar completamente nueva, sino que simplemente actualizarán las líneas de producción que ya están utilizando para las células basadas en silicio “, explica Christophe Ballif, jefe del Laboratorio fotovoltaico de EPFL y del centro fotovoltaico de CSEM.

Por el momento, la investigación continúa para aumentar aún más la eficiencia y darle a la película de perovskita una mayor estabilidad a largo plazo. Aunque el equipo ha logrado un gran avance, aún queda trabajo por hacer para que su tecnología pueda ser adoptada comercialmente.

Se dice que el uso con compuestos basados en silicio monocristalino tiene efectos positivos sobre la estabilidad y durabilidad de las células de perovskita. EPFL, entre otros institutos de investigación, descubrió que las células de perovskita son inestables y muestran signos de pérdida de potencia significativa después de solo unos pocos meses. Hace aproximadamente un año, EPFL promocionó que había probado una celda de perovskita durante un año sin pérdida de potencia, aunque la celda tenía una eficiencia de solo 11,2 %.