Un equipo de investigadores dirigido por la profesora Anita Ho-Baillie, catedrática John Hooke de Nanociencia en la Universidad de Sydney (Australia), estableció un nuevo récord de tecnología solar con la célula solar en tándem de silicio de perovskita-perovskita-de triple-unión más grande del mundo.
Sus 16 cm2La celda de triple-unión presenta una eficiencia-de conversión de energía en estado estable del 23,3 % (certificada de forma independiente), que es la más alta reportada para un dispositivo-de área grande de su tipo. Su equipo también creó un 1 cm2celular con 27,06% de eficiencia, que estableció nuevos estándares de estabilidad térmica (ver video).
El impulso para aumentar la eficiencia está impulsado por "un mayor margen para la eficiencia de conversión de energía-porque el límite de eficiencia teórica para una unión triple es ~51%, mientras que para una unión doble es alrededor del 45%", dice Ho-Baillie, quien también está afiliado al Instituto Net Zero de la Universidad de Sydney. "Una unión única es del 33% si la banda prohibida de la célula solar no está limitada, pero sólo del 30% para el silicio".
Las células solares en tándem multiunión implican apilar células solares con diferentes bandas prohibidas-con la más alta en el lado del sol-mirando-para permitir que cada célula convierta secciones del espectro solar en energía eléctrica de manera más eficiente y para minimizar las pérdidas por sub-banda prohibida y termalización.
"En una celda de dos-uniones, por ejemplo, la unión de banda prohibida-ancha superior convierte una mayor energía fotónica en energía eléctrica y lo hace de manera más eficiente que una unión de banda prohibida más estrecha-lo que reduce la pérdida de termalización", explica Ho-Baillie. "El fotón de menor-energía pasa a través de la unión de banda prohibida superior-ancha y será absorbido por la unión inferior de banda prohibida más estrecha para la conversión de energía eléctrica. Si la unión inferior no estuviera allí, esos fotones de menor-energía dan como resultado una pérdida de no absorción de banda prohibida inferior-".
Diseños ópticos
Para ilustrar los diseños ópticos involucrados, las dos uniones de perovskita superiores del equipo están interconectadas eléctricamente a través de nanopartículas de oro. "Utilizamos modelos ópticos para simular el efecto de la cobertura de nanopartículas sobre la pérdida óptica y modelos eléctricos para simular el contacto óhmico realizado por las nanopartículas", explica Ho-Baillie. "Se logra un equilibrio cuando está presente una cantidad suficiente de nanopartículas para una pérdida óptica mínima sin comprometer el rendimiento eléctrico".
El equipo de Ho-Baillie también mejoró la estabilidad y el rendimiento de la unión de perovskita de banda prohibida amplia (1,91-eV) "reemplazando el rubidio con el metilamonio menos estable en la perovskita y reemplazando el dicloruro de piperazinio (PDCI) con el fluoruro de litio menos estable como capa pasivante de la superficie", dice.
La persistencia de Ho-Baillie en querer visualizar el oro ultrafino realmente dio sus frutos. "Es necesario que haya una cantidad crítica de oro para que se formen grupos que primero se conviertan en una película semicontinua", dice. "Más oro permitirá que crezca una película continua. Por debajo de la cantidad crítica del 'grupo', el oro estará en forma de nanopartículas. Lo que hace que nuestros hallazgos sean interesantes es que las películas-continuas o no continuas-no son necesarias para conectar dos uniones. Las nanopartículas, aunque aisladas, son suficientes para el contacto óhmico entre las uniones para el transporte vertical del portador-al mismo tiempo que minimizan las pérdidas ópticas".
¿Qué significa este récord de eficiencia para el campo? "Nuestra demostración proporciona información sobre propiedades importantes de los materiales para futuras mejoras de eficiencia", afirma Ho-Baillie. "El análisis de pérdidas también proporciona recomendaciones para futuras mejoras de eficiencia-tanto para dispositivos de áreas pequeñas- como grandes-. A continuación: una unión triple del 30 %, avanzando hacia el 40 %".
En el trabajo del equipo participaron socios de China, Alemania y Eslovenia, y recibió el apoyo de la Agencia Australiana de Energía Renovable y el Consejo Australiano de Investigación.
