China rompe otra barrera en energía solar con una celda que alcanza el 29,71% de eficiencia

La carrera por desarrollar paneles solares más eficientes y con mayor vida útil acaba de sumar un nuevo protagonista. Un equipo de investigadores de la Academia China de las Ciencias (CAS) ha presentado una nueva celda solar tándem capaz de alcanzar una eficiencia de conversión del 29,71%, una cifra que la sitúa entre las mejores de su categoría.

El avance no solo destaca por su rendimiento. Los científicos han conseguido resolver uno de los principales problemas de la tecnología basada en perovskita: su degradación con el paso del tiempo. Para ello han recurrido a un compuesto orgánico con azufre denominado bis(2-piridilmetil) sulfuro (2PyS), una solución que mejora la estabilidad del material desde el propio proceso de fabricación y que podría acelerar la llegada de una nueva generación de paneles solares comerciales.

Más eficiencia y una vida útil mucho mayor para las futuras celdas solares

La nueva celda utiliza una arquitectura tándem formada por una capa superior de perovskita y una celda inferior CIGS, una tecnología basada en cobre, indio, galio y selenio. Ambas trabajan de forma complementaria: la perovskita captura las longitudes de onda de mayor energía, mientras que la célula CIGS aprovecha la luz de menor energía que atraviesa la primera capa.

Este reparto del espectro solar permite convertir una mayor cantidad de luz en electricidad respecto a un panel convencional de una sola unión, aumentando así el rendimiento global del sistema.

Uno de los mayores obstáculos de las perovskitas ha sido siempre su limitada estabilidad. Durante la fabricación aparecen pequeños defectos internos que favorecen el movimiento de partículas cargadas y aceleran la degradación del material cuando permanece expuesto al sol y al calor durante largos periodos.

El equipo chino ha decidido atacar el problema desde el origen. En lugar de corregir esos defectos una vez fabricada la celda, añadió el compuesto 2PyS durante la formación de los cristales de perovskita. De esta forma, el material crece de manera más uniforme y con muchas menos imperfecciones.

Según explican los investigadores, este compuesto se une con gran eficacia a los iones de plomo presentes en la perovskita, reduciendo los defectos internos, limitando el desplazamiento de los iones halógenos y evitando cambios estructurales provocados por la exposición continua a la luz solar. El resultado es una capa mucho más estable y eficiente.

Además, el crecimiento más lento y controlado de los cristales permite obtener una película de mayor calidad, reduciendo las pérdidas de energía y aumentando el rendimiento del conjunto.

Los ensayos mostraron que la celda CIGS alcanzó por sí sola una eficiencia del 19,65% bajo iluminación completa. Al integrarse en la configuración tándem recibe menos luz, ya que parte del espectro es absorbido previamente por la perovskita, reduciendo su contribución hasta el 7,5%. Por su parte, la capa superior de perovskita logró una eficiencia individual del 22,21%.

Cuando ambas tecnologías trabajan conjuntamente en una configuración tándem de cuatro terminales, la eficiencia total alcanza el 29,71%, una de las cifras más elevadas logradas hasta la fecha para una celda solar de este tipo.

La durabilidad también ha ofrecido resultados especialmente prometedores. Tras 2.000 horas de funcionamiento continuo, el dispositivo conservó más del 91% de su rendimiento inicial, un dato que demuestra que la incorporación del compuesto basado en azufre no solo mejora la eficiencia, sino que también incrementa de forma notable la vida útil de la celda.

Los investigadores consideran que esta estrategia de ingeniería molecular puede ayudar a superar una de las principales barreras que todavía frenan la comercialización masiva de las celdas solares de perovskita. Si estos resultados pueden trasladarse a la producción industrial, la tecnología permitiría fabricar paneles solares capaces de generar más electricidad durante muchos más años, reduciendo el coste de la energía renovable y acelerando la transición energética.

Puntos clave:

• Celda solar tándem que combina perovskita y tecnología CIGS.
• Alcanza una eficiencia récord del 29,71%, situándose entre las mejores celdas solares tándem de este tipo.
• La clave del avance es un compuesto basado en azufre (2PyS) que mejora la estabilidad de la perovskita.
• El nuevo material reduce los defectos internos que aparecen durante la fabricación y limitan el rendimiento.
• La innovación evita la degradación provocada por la luz y el calor, uno de los mayores problemas de las perovskitas.
• La celda conserva más del 91% de su eficiencia tras 2.000 horas de funcionamiento continuo, demostrando una elevada durabilidad.
• La arquitectura tándem aprovecha mejor el espectro solar, permitiendo generar más electricidad que un panel convencional.
• La tecnología podría acelerar la llegada de paneles solares comerciales más eficientes y con una vida útil más larga.
• El desarrollo ha sido realizado por investigadores de la Academia China de las Ciencias (CAS), uno de los principales centros de investigación del país.
• Este avance acerca la comercialización de la próxima generación de paneles solares, capaces de producir más energía y reducir el coste de la electricidad renovable.

Fuente | iopscience