Un grupo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania ha calculado que el potencial práctico de eficiencia de conversión de energía de las células solares en tándem de perovskita-silicio puede alcanzar hasta el 39,5%.
“El potencial de eficiencia práctica calculado del 39,5% para un dispositivo en tándem de silicio perovskita en condiciones de medición estándar (STC) puede servir de base para futuros estudios de investigación y desarrollo, necesarios para comprender mejor el sistema completo antes de la comercialización de la prometedora tecnología de células solares en tándem”, declaró a pv magazine el autor correspondiente de la investigación, Oussama Er-raji.
“En este trabajo hemos caracterizado exhaustivamente una célula solar en tándem de silicio perovskita totalmente texturizada para determinar sus pérdidas de rendimiento”, explica Christoph Messmer, coautor del trabajo. “Implementando las características extraídas del dispositivo en un modelo de simulación Sentaurus TCAD, obtuvimos una reproducción de las características ópticas y eléctricas del dispositivo experimental. Posteriormente, aliviando paso a paso las restricciones de pérdida, el modelo de simulación identificó el impacto de cada canal de pérdida en la eficiencia.”
Sentaurus CAD es un simulador multidimensional capaz de simular las características eléctricas, térmicas y ópticas de dispositivos basados en silicio. También se utiliza para simular las características optoelectrónicas de dispositivos semiconductores como sensores de imagen y células fotovoltaicas.
En el estudio “Loss Analysis of Fully-Textured Perovskite Silicon Tandem Solar Cells: Characterization Methods and Simulation toward the Practical Efficiency Potential” (Análisis de pérdidas de células solares en tándem de perovskita de silicio totalmente texturizadas: métodos de caracterización y simulación hacia el potencial de eficiencia práctica), publicado en RRL Solar, el equipo de investigación afirma haber investigado las deficiencias de voltaje, corriente y factor de llenado en una célula solar en tándem de silicio perovskita totalmente texturizada basada en una capa de recombinación de óxido de indio y estaño (ITO) de 20 nm de espesor colocada entre las células superior e inferior.
La subcélula se basaba en un absorbedor de perovskita de 630 nm de grosor con un bandgap energético de 1,67 eV, una capa de carbazol (2PACz), una capa tampón de óxido de estaño (SnOx) de 20 nm de grosor, una capa de transporte de electrones (ETL) basada en un buckminsterfullereno (C60), una capa de ventana ITO, un contacto metálico de plata (Ag) y un revestimiento antirreflectante basado en fluoruro de magnesio (MgF2). “La célula solar en tándem de silicio perovskita totalmente texturizada ofrece un PCE estabilizado del 26,7% cuando funciona a un voltaje fijo cercano al punto de máxima potencia”, afirman los investigadores.
Los científicos llevaron a cabo un exhaustivo análisis de pérdidas en el dispositivo en tándem teniendo en cuenta la elevada resistencia en serie, el desajuste de corrientes en las subcélulas, las elevadas pérdidas por recombinación no radiativa y la desalineación de bandas en la interfaz entre el absorbedor de perovskita y el ETL.
Identificaron los mecanismos de pérdida más significativos en la interfaz perovskita/C60 (-4,6%), en la resistencia en serie (-2,9%) y en la gestión de la luz (-2,1%). “Reduciendo los orígenes de estas pérdidas paso a paso, calculamos las mejoras de eficiencia al mitigar acumulativamente los canales de pérdida caracterizados, alcanzando finalmente un potencial de eficiencia práctica del 39,5% para esta arquitectura de dispositivos”, explicaron.
Los investigadores también señalaron que el umbral de eficiencia del 39,5% sólo puede superarse cambiando la arquitectura de la célula, eventualmente sustituyendo el C60 por un ETL más transparente y encontrando alternativas más transparentes a las capas de ITO. “A pesar de que este análisis muestra un escenario bastante idealizado a la hora de resolver las limitaciones del dispositivo, sigue siendo útil evaluar el aumento de eficiencia ‘ideal’ para cada limitación”, subrayaron.
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