Científicos logran una eficiencia de células perovskitas del 21,6% utilizando un concentrador fotovoltaico

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Científicos de la Universidad de Exeter, en Reino Unido; la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) de Suiza; y del Centro de Excelencia para la Investigación de Materiales Avanzados de Arabia Saudita afirman haber desarrollado una célula solar perovskita con una eficiencia del 21,6% utilizando un concertador fotovoltaico.

Se dice que se ha desarrollado una célula perovskita estructurada n-i-p basada en triple-cation, descrita en el artículo “Increasing efficiency of perovskite solar cells using low concentrating photovoltaic systems”, que ha publicado la Royal Society of Chemistry’s Sustainable Energy and Fuels – con bajos niveles de concentración solar.

Según los investigadores, las células perovskitas de una sola unión estándar suelen alcanzar eficiencias del 21%, pero solo en dispositivos de menos de 1 mm². “El uso de la fotovoltaica de concentración con una célula solar perovskita (PSC) de 0,81 mm² aumentó aún más los niveles de eficiencia hasta un 23,1%, abriendo una nueva línea de investigación que combina PSC con tecnologías fotovoltaicas de baja concentración”, escribieron los autores del estudio.

Mayor superficie, baja concentración

La célula que desarrolló el equipo tiene una superficie mucho mayor – 9mm² – lo que significa que la eficiencia es necesariamente inferior al 23,1%, pero al mismo tiempo superior en alrededor de un 0,6% a las células perovskitas estándar.

Para la tecnología fotovoltaica de concentración, los investigadores utilizaron un caleidoscopio con una parte superior de simetría de rotura de 12 mm², una geometría piramidal truncada y una abertura de salida de 3 mm². Observaron que el mejor rendimiento de la célula solar se obtuvo con bajos niveles de concentración, lo que evitó el efecto de resistencia de la serie interna, que es particularmente fuerte bajo una alta iluminación y provoca una disminución de la potencia máxima y, como resultado, del factor de llenado del dispositivo. “Por lo tanto, será posible diseñar una célula solar para niveles de baja concentración mediante la reducción de la resistencia en serie”, afirma el documento.

La unidad fotovoltaica de concentración presentaba un elemento óptico en la parte superior de la célula solar, unido mediante un adhesivo óptico de curado ultravioleta. Se dijo que la alineación del elemento óptico era esencial para el éxito de la tecnología.

Baja estabilidad

El rendimiento de la célula fue analizado y medido con un simulador solar Newport Clase A en la EPFL que tenía un área de iluminación máxima de 100mm² para una distancia de trabajo nominal de 200 mm. “A 1000 W/m² la potencia máxima de la unidad CPV [concentrador fotovoltaico] fue de 15,88 mW, lo que es muy alto en comparación con los 1,88 mW obtenidos a través del PSC”, indica el informe.

Los autores del estudio dijeron que la concentración solar, sin embargo, también tuvo el efecto no deseado de acelerar el aumento de la temperatura dentro de las células de perovskita, lo que aumentó su conocida inestabilidad térmica.

“Observamos que el rendimiento disminuye drásticamente durante el periodo inicial de 10 minutos debido a la degradación permanente e irrecuperable del dispositivo que se produce al inicio de su funcionamiento, también conocido como quemado del dispositivo”, señalaron los investigadores. Dijeron que observaron buena estabilidad bajo 1.78 de irradiancia solar durante cinco horas, con la célula manteniendo el 81% de su eficiencia después del período de quemado.

“Es necesario realizar más estudios para explorar estos impactos”, añadió el equipo de investigación.