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TECNOLOGÍA. El tandem solar "perovskita/silicio" a punto de lograr el 30% de eficiencia

 

La estructura esquemática 3D de la pila de células solares en tándem. Fuente: Eike Koehnen / HZB

Un equipo de HZB ha publicado un informe en la revista Science sobre el desarrollo de su récord mundial actual de eficiencia del 29,15% para una célula solar en tándem hecha de perovskita y silicio. La celda en tándem proporcionó un rendimiento estable durante 300 horas, incluso sin encapsulaciónPara lograr esto, el grupo encabezado por el Prof. Steve Albrecht investigó procesos físicos en las interfaces para mejorar el transporte de los portadores de carga.

Las células solares que constan de dos semiconductores con diferentes intervalos de banda pueden lograr eficiencias considerablemente más altas cuando se utilizan en tándem en comparación con las  por sí mismas. Esto se debe a que las células en tándem utilizan el espectro solar de manera más eficiente. 

En particular, las células solares de silicio convencionales convierten principalmente los componentes infrarrojos de la luz de manera eficiente en , mientras que ciertos  pueden utilizar eficazmente los componentes visibles de la luz solar, lo que la convierte en una combinación poderosa.

En comparación con la eficiencia más alta certificada y publicada científicamente (26,2% en DOI: 10.1126 / science.aba3433), este es un gran paso adelante. El nuevo valor ha sido certificado en Fraunhofer ISE y figura en la tabla NREL. Ahora, los resultados se han publicado en la revista Science con una explicación detallada del proceso de fabricación y la física subyacente. El equipo utilizó una composición compleja de perovskita con una banda prohibida de 1,68 eV y se centró en optimizar la interfaz del sustrato.

La eficiencia del 29,15% no solo es el récord para esta tecnología, sino que está en la cima de toda la categoría de energía fotovoltaica emergente.

Los científicos desarrollaron una capa intermedia de moléculas orgánicas que se organizan de forma autónoma en una monocapa autoensamblada (SAM). Consistía en una nueva molécula basada en carbazol con sustitución de grupo metilo (Me-4PACz). Observaron que mientras que los electrones fluyen en la dirección de la luz solar a través de la capa C60, los "agujeros" se mueven en la dirección opuesta a través de la capa SAM hacia el electrodo, lo que aceleró considerablemente el transporte de agujeros y, por tanto, contribuye simultáneamente a mejorar la estabilidad de la capa de perovskita.

Mediante una combinación de espectroscopía de fotoluminiscencia, modelado, caracterización eléctrica y mediciones de conductividad de terahercios, fue posible distinguir los diversos procesos en la interfaz del material de perovskita .

La máxima eficiencia posible ya está al alcance: los investigadores analizaron las dos  individualmente y calcularon una eficiencia máxima posible del 32,4% para este diseño. 

Fuente: "Monolithic perovskite/silicon tandem solar cell with >29% efficiency by enhanced hole extraction" Science (2020). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.abd4016


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