Las celdas solares de perovskita dan un paso clave hacia su fabricación masiva con eficiencia del 24,3%
Las perovskita-silicio son unos de los avances que potencialmente más prometen aumentar el potencial de los paneles solares. Un sistema más económico y fácil de producir que mejora poco a poco sus prestaciones y que está muy cerca de su prime time.
Las celdas solares de perovskita vuelven a acercarse a la producción industrial. Un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) y de la Universidad de Valencia ha desarrollado un nuevo método de fabricación capaz de producir capas de perovskita de forma rápida, uniforme y escalable, incluso sobre superficies de silicio texturizadas. Un avance que podría acelerar la llegada al mercado de los paneles solares en tándem de nueva generación.
El trabajo, publicado en la revista Nature Energy, aborda uno de los grandes problemas de esta tecnología: cómo fabricar a gran escala celdas solares de perovskita-silicio manteniendo altos niveles de eficiencia y reduciendo al mismo tiempo la complejidad industrial.
Las celdas solares en tándem combinan dos materiales semiconductores distintos para aprovechar mejor el espectro solar. La capa superior de perovskita absorbe principalmente la luz de alta energía, mientras que la celda inferior de silicio captura las longitudes de onda más bajas. Gracias a esta combinación, el sistema puede convertir más radiación solar en electricidad que un panel convencional basado únicamente en silicio.
El problema es que depositar la fina capa de perovskita de forma homogénea y rápida sobre grandes superficies sigue siendo uno de los principales cuellos de botella para la industria.
Un proceso rápido, sin disolventes y compatible con producción industrial
La clave del avance está en una técnica denominada Close-Space Sublimation (CSS). Se trata de un proceso de vacío en el que los materiales precursores se evaporan y reaccionan directamente sobre la superficie de la celda solar situada a pocos milímetros de distancia.
A diferencia de otros métodos más complejos y lentos, este sistema reduce enormemente el consumo de materiales y permite reutilizar parte de los compuestos empleados durante el proceso de fabricación.
Según los investigadores, uno de los mayores logros ha sido conseguir depositar los delicados materiales orgánicos necesarios para formar la perovskita sin necesidad de utilizar disolventes. Además, la conversión completa de la capa se logró en apenas diez minutos, una cifra especialmente relevante para un proceso industrial basado en vacío.
Otro de los retos consistía en ajustar correctamente el denominado ancho de banda o band gap de la perovskita. Este parámetro determina qué parte de la luz solar absorbe cada capa de la celda en tándem.
Para lograrlo, los investigadores modificaron la composición química utilizando una mezcla de yoduro y bromuro de metilamonio. Gracias a ello consiguieron controlar con precisión el contenido final de bromo y alcanzar un ancho de banda de 1,64 electronvoltios, adecuado para maximizar la eficiencia conjunta entre la perovskita y el silicio.
Eficiencias superiores al 24% en superficies texturizadas
Uno de los aspectos más importantes del estudio es que el proceso funcionó correctamente sobre distintos tipos de superficies de silicio. Esto es fundamental porque los paneles solares comerciales utilizan habitualmente superficies texturizadas para aumentar la absorción de luz y mejorar el rendimiento.
Los investigadores probaron el método CSS sobre celdas de silicio lisas, nanoestructuradas y microestructuradas sin necesidad de modificar los parámetros del proceso. En todos los casos lograron capas uniformes de perovskita y resultados muy sólidos.
Las eficiencias alcanzadas fueron del 23,5% en superficies lisas, 23,7% en nanoestructuras y hasta 24,3% en celdas microestructuradas.
Aunque estas cifras todavía quedan por debajo de algunos récords de laboratorio logrados con tecnologías mucho más complejas, el gran valor del estudio es demostrar que se puede combinar una buena eficiencia con un proceso realmente compatible con fabricación industrial a gran escala.
Los investigadores consideran que este avance puede ser especialmente importante para acelerar la comercialización de las celdas solares de perovskita-silicio, una tecnología llamada a convertirse en una de las grandes protagonistas de la próxima generación de paneles solares.
