China rompe la barrera del 26% en eficiencia solar con una solución invisible

Un grupo de investigadores chinos ha dado un paso muy importante en el desarrollo de la energía solar al presentar una nueva forma de mejorar de manera notable la eficiencia y la durabilidad de las celdas solares de perovskita. La clave está en algo que no se ve a simple vista: la ingeniería de las llamadas interfaces ocultas dentro del dispositivo.

El trabajo ha sido liderado por el Instituto de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de Qingdao, dependiente de la Academia China de Ciencias. Su propuesta consiste en integrar una capa ultrafina de perovskita bidimensional dentro de celdas convencionales de perovskita tridimensional. Una solución elegante a un problema que lleva años lastrando esta tecnología.

Según explican los investigadores, esta arquitectura mejora la cristalización de la película activa y reduce en más de un 90% la concentración de defectos en las interfaces enterradas. El resultado es una mejora clara tanto en el rendimiento como en la estabilidad a largo plazo, dos de los grandes retos de la perovskita frente al silicio tradicional.

Hace poco, otros estudios ya habían mostrado aditivos químicos capaces de frenar la degradación del material al neutralizar radicales dañinos. Ahora, este nuevo enfoque va un paso más allá y permite superar el 26% de eficiencia en conversión energética, una cifra que hasta hace nada parecía fuera de alcance para este tipo de celdas.

Ingeniería de interfaces con precisión quirúrgica

Uno de los grandes problemas de las celdas solares de perovskita es la elevada densidad de defectos tanto en la parte superior como en la inferior de la capa activa. Estos defectos actúan como trampas para los electrones, reducen la potencia generada y aceleran el envejecimiento del dispositivo.

Hasta ahora, la solución más habitual pasaba por añadir sales de amonio de cadena larga directamente en la mezcla de perovskita. Esto ayudaba a crear fases bidimensionales que neutralizaban defectos, pero con un inconveniente importante: esas fases aparecían por todo el material, sin control, afectando a la estructura interna del dispositivo.

Para evitarlo, el equipo chino ha desarrollado un método mucho más preciso. Modificaron nanopartículas de dióxido de estaño mediante la unión secuencial de ácido tioglicólico y oleilamina, creando una capa de transporte de electrones específica. Esta combinación es estable y evita reacciones prematuras durante el proceso de fabricación.

Lo realmente interesante es que el intercambio químico necesario para formar la estructura bidimensional solo se activa durante el tratamiento térmico final. De este modo, la capa 2D/3D se forma únicamente en la interfaz inferior, justo donde más falta hace. Así se eliminan defectos sin alterar el interior del material, mejorando claramente el rendimiento y la vida útil de la celda.

Los resultados hablan por sí solos. En dispositivos pequeños, de apenas 0,09 centímetros cuadrados, se ha alcanzado una eficiencia del 26,19%. Al escalar el diseño, un módulo de 21,54 centímetros cuadrados logró un 23,44%, con un valor certificado de 22,68%. Incluso en módulos más grandes, de 64,80 centímetros cuadrados, la eficiencia se mantuvo en un notable 22,22%, demostrando que el sistema funciona también fuera del laboratorio.

Los propios autores destacan que este proceso de intercambio de ligandos en estado sólido es compatible con la fabricación industrial. Además de mejorar el rendimiento, refuerza la estabilidad operativa a largo plazo, uno de los puntos críticos para que la perovskita llegue de una vez por todas al mercado.

Si estas cifras se consolidan en producción a gran escala, estamos ante un avance que podría acelerar de forma decisiva la comercialización de la tecnología fotovoltaica basada en perovskita. Una noticia muy a tener en cuenta en plena carrera por mejorar la eficiencia y reducir los costes de la energía solar.

Fuente | Eurekalert