Células solares de bajo coste optimizadas para su comercializacion

Materiales baratos llamados perovskitas se están introduciendo en la fabricación de  células solares de silicio, un primer paso para mejorar en última instancia el material celular reinante. En una reunión de la Sociedad de Investigación de Materiales (MRS), los investigadores anunciaron que las células “en tándem”, en las que las perovskitas están superpuestas sobre el silicio y otros materiales fotovoltaicos, han logrado eficiencias récord en convertir la luz solar en electricidad. Ahora, los investigadores se están moviendo rápido para superar la falta de durabilidad y otros problemas que han obstaculizado la comercialización de perovskites.

“Creo que las perovskitas van a llegar al mercado”, dice Aslihan Babayigit, investigador de la perovskita de la Universidad de Hasselt en Diepenbeek, Bélgica. El progreso ha sido “increíble”, añade David Cahen, un científico de materiales en el Instituto Weizmann de Ciencias en Rehovot, Israel. “Incluso si no se resuelven todos los problemas, la mayoría parecen solucionables”.

Conocido desde la década de 1830, las perovskitas son una clase de cristales con una estructura 3D común. No fue hasta 2009 que los investigadores en Japón vieron por primera vez su potencial como un material fotovoltaico. Los primeros dispositivos de la perovskita convirtieron solamente el 3.8% de la energía  solar en electricidad,  muy lejos que el silicio cristalino, la tecnología comercial dominante de hoy, que culmina hacia 25.3% en la eficacia en  las mejores células de la investigación. (Las células comerciales suelen variar entre el 16% y el 20%.) Pero los investigadores manipularon con sus recetas de perovskita, y la eficiencia de las células se disparó rápidamente. El récord se sitúa ahora en el 22,1%, demostrado a principios de este año por investigadores de Corea del Sur.

Los tándems, que combinan células optimizadas para capturar diferentes partes del espectro solar, pueden hacerlo incluso mejor. El silicio, por ejemplo, absorbe preferentemente la luz rojiza, mientras que las perovskitas tienden a absorber los fotones azules y verdes. Añadir una célula de perovskita encima de silicio no tiene que costar mucho porque los ingredientes son baratos, y los cristales se pueden cultivar fácilmente a bajas temperaturas. Los tandems también permiten que las perovskitas se apoyen en la atrincherada industria del silicio.

En la reunión de la MRS, Michael McGehee, científico de materiales de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California, informó que al añadir una perovskita sobre silicio, él y sus colegas habían creado una célula tándem con una eficiencia del 23,6%, mejor que la eficiencia de Cualquiera de los dos componentes por separado. Otro grupo liderado por Christophe Ballif de la Escuela Politécnica Federal de Lausana en Neuchâtel, Suiza, informó en julio que un tándem de silicio-perovskita con una arquitectura más compleja había alcanzado una eficiencia del 25,2%.

Los tandems es probable que continúe mejorando durante años. Los investigadores todavía tienen que afinar la salida comercial, como la optimización de la electricidad de las capas de transporte en las células y la adición de revestimientos que minimizan las reflexiones de la superficie. Incluso con materiales de perovskita actuales, durante los próximos dos años los tándems de silicio-perovskita podrían alcanzar eficiencias del 30%, predice McGehee. En ese umbral, dice Henry Snaith, físico de la Universidad de Oxford en el Reino Unido, las compañías solares comenzarán a agregar perovskitas a sus paneles comerciales, impulsando mejoras adicionales en los materiales que podrían ayudarlos a suplantar el silicio.

A pesar de sus ganancias en eficiencia, las perovskitas se han enfrentado a problemas persistentes. El vapor de agua, las altas temperaturas o incluso la exposición prolongada al sol pueden disolver o degradar las perovskitas en cuestión de horas. Pero en la reunión de MRS, McGehee informó estabilidad excepcional para nuevas recetas de perovskite que reemplazan un componente orgánico llamado metilamonio con formamidinium o el elemento cesio. Cuando se encapsuló para protegerlos de la humedad, estas células no mostraron ningún signo de degradación durante 6 semanas, incluso cuando se exponen a temperaturas de 85 ° C y una humedad relativa del 85%, una prueba estándar de durabilidad. “Los paneles que pasan por lo general no fallarán debido al calor y la humedad en más de 25 años “, dice McGehee.

La seguridad es el mayor obstáculo para la comercialización. Las perovskitas más eficientes contienen una forma altamente soluble de plomo, una neurotoxina peligrosa que podría penetrar en los hogares, el suelo o el agua subterránea si las células se degradan. Babayigit dice que hay soluciones potenciales, como encapsular la perovskita en conchas protectoras o añadir sulfuros alrededor de la célula, lo que obligaría y poner en cuarentena cualquier plomo que lograra escapar. Por ahora, dice, “es un campo muy bajo de atención que necesita atención”. Dada la rapidez con la que las perovskitas se están moviendo al mercado, es una apuesta segura que alguien pronto asuma el proyecto.

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