Equipo chino establece nuevo récord mundial para células solares

Dispositivo de celda solar en tándem de perovskita-orgánica. (Foto: Cortesía del Instituto de Química de la Academia de Ciencias de China)

Por Li Xundian y Deng Xiaoci

La luz es la fuente de energía para las células solares, pero también puede convertirse en un factor que acelera la degradación del rendimiento. Las subcélulas de banda ancha en células solares en tándem de perovskita-orgánica han estado aquejadas durante mucho tiempo por la segregación de fases inducida por la luz. Sin embargo, los investigadores chinos han desarrollado una nueva estrategia para superar este desafío.

La revista internacional Nature el 13 de julio publicó el último logro de investigación de un equipo liderado por el académico Li Yongfang y el investigador Meng Lei, del Instituto de Química de la Academia de Ciencias de China.

Este avance marca un paso significativo hacia la superación de un cuello de botella que limita la comercialización de las tecnologías fotovoltaicas de próxima generación. Con alta eficiencia, estructura ligera y flexibilidad, se espera que las células solares en tándem de perovskita-orgánica expandan las aplicaciones de energía solar más allá de los paneles tradicionales, incluyendo la fotovoltaica integrada en edificios, dispositivos de energía portátil, drones y futuros sistemas de energía espacial, precisó el equipo de investigación al Global Times.

En una entrevista exclusiva, Li y Meng compartieron perspectivas sobre el avance tecnológico, los desafíos pendientes en el camino hacia la industrialización y los esfuerzos del equipo para acercar esta tecnología solar emergente en aplicaciones del mundo real.

El equipo propuso una estrategia de "regulación de etapa completa" que suprime la separación de fases dañina durante todo el ciclo de vida de los materiales de perovskita, desde la fabricación hasta la operación. La célula solar en tándem de perovskita-orgánica logró una eficiencia de conversión fotoeléctrica en estado estacionario certificada del 28,04 por ciento, estableciendo un nuevo récord mundial.

El desafío clave que enfrentan los materiales de perovskita de banda ancha es la segregación de fases de haluro. La capa superior de perovskita necesita tanto iones de yodo como de bromo para maximizar la absorción de luz ultravioleta y visible, pero estos iones tienden a separarse durante la cristalización.

"Una vez que ocurre la segregación de fases, el voltaje de la célula solar disminuye continuamente como el aire que se escapa de un neumático, causando una degradación persistente del rendimiento", explicó Meng.

El equipo de investigación introdujo una molécula aditiva fotoconvertible llamada TDB, que funciona como un "coordinador microscópico". Durante la operación, la mezcla de iones de yodo y bromo se transforma en TAB, fortaleciendo las interacciones con los sitios de defectos y suprimiendo la migración de iones.

"El desafío tecnológico clave era lograr que los materiales de perovskita de banda ancha con alto contenido de bromo pasaran de ser 'temerosos de la luz' a 'aprovechadores de la luz'", afirmó Meng.

La célula de unión simple de perovskita de banda ancha alcanzó un voltaje de circuito abierto de 1,42 voltios y un factor de relleno del 85,13 por ciento. Combinada con una célula solar orgánica, el dispositivo en tándem alcanzó una eficiencia de laboratorio del 28,80 por ciento y una eficiencia en estado estacionario certificada del 28,04 por ciento.

"Para el momento en que se publicó el artículo, esta eficiencia había establecido un nuevo récord mundial para las células solares en tándem de perovskita-orgánica", señaló Li Yongfang al Global Times.

Además de la eficiencia, las células solares de perovskita y orgánicas pueden remodelar la fabricación fotovoltaica y producirse mediante tecnologías de procesamiento en solución, como la impresión rollo a rollo (roll-to-roll) y el recubrimiento por ranura (slot-die coating), creando posibilidades para materiales ligeros y flexibles. Sin embargo, la comercialización aún enfrenta desafíos que incluyen la uniformidad de películas de gran área, la confiabilidad en el empaquetado de dispositivos flexibles y la consistencia de la producción.

Esta tecnología también muestra potencial para aplicaciones espaciales. Li indicó que su alta potencia específica y flexibilidad podrían ayudar a reducir el peso y el volumen de los sistemas de energía para las naves.

"Se necesitarán simulaciones sistemáticas del entorno espacial y verificación en órbita para evaluar su rendimiento en resistencia a la radiación, estabilidad en el vacío y operación a largo plazo", concluyó Li.