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(noticias nanowerk) Si bien las células solares tradicionales basadas en silicio han tenido un impacto inequívoco en la expansión de los recursos de energía renovable en todo el mundo, es cada vez más difícil lograr mejoras adicionales en el rendimiento a medida que los dispositivos alcanzan sus límites prácticos de eficiencia. Esta limitación ha llevado a los científicos a buscar nuevas tecnologías que puedan combinarse con células de silicio para lograr mayores eficiencias.
Las células solares hechas de cristales llamados perovskitas son una de esas tecnologías que rápidamente se ha convertido en una adición atractiva y de bajo costo. Sin embargo, las celdas de perovskita son notoriamente susceptibles a los cambios relacionados con el voltaje: la sombra de la rama de un árbol que sobresale o de una planta cercana puede causar fluctuaciones de voltaje en todo un módulo en cuestión de minutos.
Ahora, investigadores de la Universidad de Princeton y la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) han combinado la célula solar de silicio probada con la perovskita emergente en una célula solar en tándem no sólo para aumentar la eficiencia general sino también para fortalecer la estabilidad.
Los resultados reportados en julios (“Resiliencia de polarización inversa de una célula solar en tándem monolítica de perovskita/silicio”) dejan claro que la conexión protege la frágil célula solar de perovskita de la avería inducida por el voltaje y al mismo tiempo logra eficiencias más altas que las que cada célula puede lograr individualmente.
«Las células solares en tándem ya han demostrado mayores eficiencias de conversión de energía que las células solares de silicio o perovskita solas», afirmó Barry Rand, director de investigación y profesor de ingeniería eléctrica e informática en el Centro Andlinger para la Energía y el Medio Ambiente. «Pensamos que, además de ser más eficientes, las células solares en tándem también podrían resolver algunos de los problemas de estabilidad que enfrentan las perovskitas combinándolas con células de silicio, que son mucho más estables».
Para probar su hipótesis, los investigadores construyeron tres cadenas de células solares: una que contenía únicamente células solares de silicio, otra que consistía únicamente en perovskitas y otra que consistía en células solares en tándem, con las dos tecnologías conectadas en serie. Luego, los investigadores sombrearon una de las celdas de la cadena para simular las condiciones de sombra parcial que un panel solar puede experimentar al menos una vez en su vida útil de una década.
Este sombreado parcial suele estar condenado al fracaso en el caso de las perovskitas, ya que las células aún iluminadas obligan a la carga a fluir a través de la célula ahora sombreada e inactiva, dañando rápidamente tanto a ella como a todo el módulo. Las células solares de silicio, por el contrario, son mucho más resistentes a los flujos de tensión y pueden sobrevivir fácilmente a periodos de sombra parcial.
Como era de esperar, el panel solar de perovskita pura se deterioró rápidamente después de una sombra parcial, mientras que el panel solar de silicio sólo se vio mínimamente afectado. Curiosamente, sin embargo, el panel solar en tándem era tan resistente como el panel totalmente de silicio, lo que significa que al combinar las dos tecnologías solares, la célula de silicio pudo enmascarar la fragilidad de la perovskita.
«Cuando se combinan dos materiales diferentes en un producto final, normalmente es el eslabón más débil el que determina en última instancia la resistencia general de la cadena», dijo el coautor Stefaan De Wolf, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en KAUST. «Pero en este caso, en realidad es el componente más fuerte el que protege al más débil».
Los investigadores dijeron que sus resultados mostraron que la sombra parcial, que anteriormente ha sido un obstáculo importante para los módulos de perovskita pura, puede ser un problema insignificante en dispositivos solares en tándem conectados en serie.
El equipo también dijo que los resultados son un buen augurio para las perspectivas de comercialización de las perovskitas, lo que implica que las perovskitas pueden tener el mayor potencial cuando se usan para complementar las células solares de silicio, para las cuales ya existe un ecosistema de producción maduro. En lugar de tener que establecer un proceso de fabricación competitivo, se podrían añadir perovskitas al proceso de producción comercialmente probado de células solares de silicio.
Si bien el equipo señaló que, además de la sombra parcial, aún es necesario resolver varios desafíos antes de que las células solares en tándem puedan alcanzar la vida útil esperada de las tecnologías solares comerciales, como su baja resistencia al calor, dijeron que los dispositivos en tándem podrían permitir mayores avances en la investigación solar. utilizando silicio – Las células solares están alcanzando sus límites superiores en eficiencia de conversión de energía.
«Si se pueden resolver algunos otros desafíos de estabilidad, las células solares en tándem podrían esencialmente tomar una tecnología comercial que ya es exitosa y mejorarla aún más», dijo Rand. «Nuestros resultados proporcionan un fuerte argumento de que los dispositivos en tándem deberían ser un área en la que todos deberían participar en futuras investigaciones solares».
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