Un nuevo panel solar de perovskita alcanza el 22,7% de eficiencia y conserva casi el 98% de su rendimiento tras 1.300 horas
Un equipo de investigadores chinos ha desarrollado una nueva técnica de fabricación de paneles solares de perovskita que permite mejorar tanto su eficiencia como su resistencia al calor. Los resultados abren la puerta a una producción industrial más económica de una tecnología que aspira a competir con los actuales paneles de silicio.
Las celdas solares de perovskita llevan años presentándose como una de las grandes alternativas al silicio, pero todavía tienen dos importantes obstáculos por delante: conseguir que mantengan sus prestaciones durante muchos años y encontrar una forma de fabricarlas a gran escala sin disparar los costes. Ahora, un grupo de científicos chinos ha dado un paso interesante para resolver ambos problemas.
Investigadores de la Academia China de Ciencias y la Universidad Jiaotong de Dalian han desarrollado un nuevo proceso de fabricación que ha permitido obtener módulos solares con una eficiencia del 22,7%, una cifra especialmente interesante teniendo en cuenta que no hablamos de una pequeña célula experimental, sino de un módulo de mayor superficie.
Pero el dato que más llama la atención está en su durabilidad. Durante las pruebas realizadas a una temperatura de 65 grados centígrados, los módulos consiguieron conservar el 97,76% de su eficiencia inicial después de 1.300 horas de funcionamiento continuo. Es decir, más de 54 días trabajando bajo unas condiciones térmicas exigentes, con una pérdida de rendimiento de apenas el 2,24%.
El problema de las perovskitas y cómo han conseguido mejorar su resistencia
Uno de los principales inconvenientes de las celdas solares de perovskita convencionales es su sensibilidad al calor. Muchas utilizan metilamonio, un componente que puede degradarse cuando aumenta la temperatura, liberando sustancias volátiles que terminan dañando la estructura cristalina del material.
Esto provoca la aparición de defectos que reducen progresivamente la capacidad de transformar la luz solar en electricidad. Un problema especialmente importante si pensamos que un panel solar debe permanecer instalado en el exterior durante décadas, soportando elevadas temperaturas y cambios constantes en las condiciones ambientales.
Para superar esta limitación, los investigadores han desarrollado una composición de perovskita que prescinde del metilamonio. Además, han incorporado dos aditivos, tiocianato de rubidio (RbSCN) y tiocianato de formamidinio (FASCN), que permiten controlar mejor la formación de los cristales durante el proceso de fabricación.
La combinación de ambos compuestos facilita que el material adopte la estructura cristalina adecuada para generar electricidad, al mismo tiempo que evita la aparición de fases no deseadas. El resultado es una película más uniforme, con cristales de mayor tamaño, menos defectos internos y menores tensiones residuales.
Y aquí aparece una de las grandes ventajas de este desarrollo: el margen de tiempo disponible para conseguir una cristalización uniforme se ha ampliado hasta superar los 100 segundos. Esto facilita considerablemente el proceso industrial, donde mantener unas condiciones perfectamente controladas sobre superficies grandes resulta mucho más complicado que en un laboratorio.
Una eficiencia del 22,7% y una mejora notable frente a los módulos convencionales
Los resultados obtenidos muestran hasta qué punto esta nueva técnica puede marcar diferencias. En células solares de pequeño tamaño, los investigadores han conseguido alcanzar una eficiencia de conversión energética del 26,16%, mientras que en módulos con una superficie activa de 54,8 centímetros cuadrados la cifra se ha situado en el 22,7%.
Para ponerlo en perspectiva, los módulos de referencia fabricados sin esta combinación de aditivos apenas alcanzaron el 15,8%. Esto significa que el nuevo procedimiento ha permitido mejorar la eficiencia en 6,9 puntos porcentuales, o aproximadamente un 44% en términos relativos.
También se han observado diferencias importantes en las pruebas de estabilidad. Mientras que los módulos desarrollados con el nuevo procedimiento conservaron el 97,76% de su rendimiento inicial después de 1.300 horas a 65 grados, los dispositivos de referencia se quedaron en el 65,86%.
Esta diferencia es especialmente relevante porque demuestra que los cambios introducidos no solamente mejoran la capacidad de generar electricidad, sino también la resistencia del material frente a condiciones que normalmente aceleran su degradación.
Los resultados del trabajo se han publicado en la revista científica Advanced Materials y muestran una posible solución a dos de los principales problemas que todavía limitan la comercialización de esta tecnología.
Un proceso de fabricación pensado para producir paneles solares a gran escala
Otro aspecto interesante es que los investigadores no han recurrido exclusivamente a técnicas de laboratorio difíciles de trasladar a una fábrica. En su lugar, han utilizado un procedimiento conocido como slot-die coating, un sistema de recubrimiento que permite extender una solución de material sobre superficies relativamente grandes de forma continua y controlada.
A diferencia de los métodos tradicionales de recubrimiento por centrifugación, muy utilizados en investigación, esta técnica puede integrarse en líneas industriales de producción continua. También permite aprovechar mejor los materiales y reducir los residuos generados durante la fabricación.
Además, el proceso se ha realizado en condiciones ambientales normales, sin necesidad de recurrir a entornos especialmente controlados para conseguir películas uniformes. Esto supone una ventaja adicional para reducir la complejidad y los costes de una futura producción comercial.
La clave está en que los nuevos aditivos hacen que la cristalización sea menos sensible a pequeñas variaciones durante el proceso. En lugar de necesitar un control extremadamente preciso de cada etapa, el propio material ofrece un margen de fabricación más amplio, algo fundamental cuando se pretende pasar de unos pocos centímetros cuadrados a paneles de tamaño comercial.
Las perovskitas tienen un enorme potencial para la industria fotovoltaica, tanto como tecnología independiente como combinadas con células de silicio en configuraciones tándem. Estas últimas permiten aprovechar diferentes partes del espectro solar y alcanzar eficiencias superiores a las de los paneles convencionales.
El siguiente paso será trasladar estos resultados a módulos de superficies mucho mayores y comprobar su comportamiento durante periodos de funcionamiento más prolongados. Los 1.300 horas de estabilidad representan un avance importante, pero todavía queda camino hasta demostrar una vida útil comparable a los 25 o 30 años que se esperan de los paneles comerciales actuales.
Lo interesante es que este desarrollo no se limita a conseguir una cifra récord en el laboratorio. También propone una forma de fabricar módulos más eficientes y resistentes mediante un proceso compatible con la producción industrial, que es precisamente lo que necesita la perovskita para dejar de ser una promesa y empezar a competir de verdad en el mercado solar.
Fuente | Advanced
