En un proyecto conjunto, investigadores de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología KAUST y el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE han sustituido el paso de recubrimiento rotacional en la producción de células solares en tándem de silicio de perovskita por una combinación de deposición de vapor y recubrimiento de láminas. Las células solares de perovskita se depositan sobre células inferiores de silicio. De este modo, las células solares en tándem alcanzan eficiencias cercanas al 28%. Al mismo tiempo, el desarrollo allana el camino para la producción industrial de estas células solares.
Aunque las células solares de silicio de perovskita, con eficiencias superiores al 33% en laboratorio, son actualmente motivo de optimismo para la industria fotovoltaica, su producción a gran escala sigue siendo un reto. "La aplicación con éxito de la célula superior de perovskita a la inferior de silicio mediante tecnologías escalables ha supuesto un gran avance para nosotros", afirma Oussama Erraji, estudiante de doctorado y director de proyecto en Fraunhofer ISE. "En un proceso híbrido de dos etapas, los materiales inorgánicos de perovskita se depositan primero mediante vapor y después se aplican las perovskitas orgánicas mediante un recubrimiento de láminas. Esto hace que el proceso sea adecuado para la producción a escala industrial".
Los científicos demostraron células solares en tándem de perovskita-silicio totalmente estructuradas con voltajes en circuito abierto de más de 1900 milivoltios y eficiencias del 27,8 %. Además, descubrieron que, a diferencia de las perovskitas recubiertas en una sola etapa, la velocidad de recubrimiento en el proceso híbrido de evaporación/recubrimiento con láminas no influye en el grosor de la perovskita, sino que se correlaciona con la tasa de conversión de la perovskita, lo que resultó crucial para optimizar el absorbedor.
Imágenes RTEM de células solares en tándem de perovskita-silicio producidas por deposición de vapor/recubrimiento por rotación o deposición de vapor/recubrimiento por laminillas - (Fotos: Fraunhofer ISE)
Con este estudio, los investigadores del Fraunhofer ISE se basan en su amplia experiencia con el proceso híbrido, que combina la evaporación con un paso de proceso químico húmedo. Mientras que en el pasado se utilizó el proceso de recubrimiento por rotación para el paso químico húmedo, ahora han podido transferir su experiencia al recubrimiento por cuchillas, más escalable, para el segundo paso.
Muchos grupos de investigación de la perovskita, entre ellos KAUST y Fraunhofer ISE, están investigando formas de llevar las células solares de silicio perovskita en tándem a la producción en masa. Hasta la fecha, las células solares de silicio perovskita se han fabricado principalmente mediante el proceso de recubrimiento por rotación. Sin embargo, no es adecuado para la producción a gran escala. "Suponemos que los descubrimientos sobre la dinámica del recubrimiento de láminas pueden transferirse al recubrimiento de matrices de ranura, que es aún más adecuado para el escalado", añade la Dra. Juliane Borchert, Jefa de Grupo de Materiales e Interfaces de Perovskita en el Fraunhofer ISE.
Las células solares de silicio pueden convertir en electricidad un máximo del 29,4% de la luz solar. La industria fotovoltaica casi ha alcanzado este límite físico. Para aumentar aún más la eficiencia de las células solares, investigadores de todo el mundo están recurriendo a la fotovoltaica en tándem, en particular a las células solares en tándem de silicio perovskita. Combinando dos o más subcélulas de distintos materiales se puede aprovechar un espectro mayor de luz solar. Mientras que la célula solar de silicio convierte principalmente la parte roja de la luz solar en electricidad, la subcélula de perovskita situada encima puede aprovechar mejor la parte azul de la luz.
