celdas solares de capa fina
Los sistemas fotovoltaicos, conocidos comúnmente como celdas solares, pueden fabricarse no solo con silicio, sino también con otros materiales. En el caso de las llamadas celdas solares de capa fina, las de perovskita en particular se consideran muy prometedoras. En poco menos de dos décadas, ha sido posible aumentar la eficiencia de las celdas solares de perovskita hasta casi el mismo valor que las mejores celdas basadas en silicio. En comparación, las celdas basadas en perovskita presentan una serie de atractivas ventajas (aunque también desventajas), pero comencemos por el principio.
¿Qué son las perovskitas?
El término "perovskita" (que debe su nombre a un mineralogista ruso) designa originalmente el óxido de calcio y titanio (Ca2TiO3), también conocido como titanato de calcio. Posteriormente se extendió a materiales que tienen una estructura cristalina especial comparable (de ortorrómbica a cúbica). Por tanto, las perovskitas son materiales con la estructura ABX3, donde A, B y X pueden representar diferentes elementos y compuestos. Una celda solar basada en perovskita contiene muchos otros componentes además de la capa de Pk propiamente dicha. La estructura óptima para la mejor estabilidad y la mayor eficiencia posible está siendo investigada por muchos institutos de investigación y empresas de todo el mundo.
Las ventajas de las celdas solares de perovskita
Las celdas de Pk ofrecen una serie de ventajas que las hacen atractivas como alternativa a las celdas de Si. De 2009 a 2024, la eficiencia de las celdas de Pk alcanzada en el laboratorio aumentó del 3,8 por ciento al 26,1 por ciento, casi tan alto como el valor más alto jamás alcanzado por las celdas de Si (26,8 por ciento). No obstante, mientras que las celdas de Si convierten sobre todo la luz roja e infrarroja, las perovskitas también pueden aprovechar la luz de longitud de onda más corta. Por lo tanto, el enfoque más prometedor parece ser la combinación de capas de Pk y Si con el fin de utilizar todo el espectro luminoso para generar energía; hablaremos más adelante de las llamadas celdas solares en tándem.
Las perovskitas consumen mucha menos energía en el proceso de fabricación que el silicio, el cual requiere una temperatura de más de 1000°C, y debido a las finas capas, consumen mucho menos material (¡factor 100!). Las celdas de Pk se pueden instalar de manera más flexible con opciones adicionales como la combinación de colores y transparencia. Esto hace que las celdas de Pk resulten atractivas para muchas superficies que no se pueden lograr con celdas de Si, por ejemplo paredes de casas, tejados con poca capacidad de carga y mucho más.
¿Cuáles son los desafíos?
Hasta ahora, casi todos los récords de eficiencia y logros constructivos se han alcanzado con celdas de perovskita en el laboratorio y en superficies pequeñas. La ampliación de escala y la industrialización aún están en gran medida pendientes. El problema principal en la práctica es la durabilidad y robustez de las celdas de Pk: Son más sensibles a la humedad y a las influencias ambientales que las celdas de Si (vida útil de unos 25-30 años), por lo que su vida útil oscila actualmente entre meses y unos pocos años.
Actualmente se están realizando arduas investigaciones para aumentar la vida útil. En este sentido, existen diversos enfoques, como la limitación de la movilidad iónica, la reducción de las reacciones químicas (mediante encapsulación) y el uso de capas límite más robustas. En un artículo publicado en Nature a principios de año, investigadores chinos describen cómo han conseguido producir celdas de Pk estables que además se comportan muy bien en pruebas de resistencia a largo plazo utilizando un movimiento iónico controlado y limitado a la capa de perovskita.
¿Qué son las celdas solares en tándem?
Las celdas solares en tándem hechas de capas de silicio y perovskita probablemente tengan el mayor potencial en la actualidad. Si se combinan estos dos materiales, se pueden aprovechar zonas más amplias del espectro luminoso e incluso alcanzar eficiencias superiores al 33,2 por ciento, el límite físico para un solo material. El récord actual es del 33,9 por ciento, muy por encima del valor que se puede alcanzar con celdas de Si puro. En principio, las celdas en tándem y múltiples también son posibles solo a partir de capas de perovskita (con eficiencias similares); sin embargo, esto agrava el problema de estabilidad.
¿Cuáles son los desarrollos actuales?
Oxford PV ha sido el primer fabricante comercial del mundo en entregar los primeros módulos tándem de perovskita-silicio a un cliente en EE.UU. en septiembre de 2024. Los módulos de 72 celdas producidos cerca de Berlín alcanzan una elevada eficiencia del 24,5 por ciento; hasta el momento no se sabe nada sobre la vida útil prevista. Todavía está por verse hasta qué punto esto marca el comienzo de una nueva era en la generación de energía solar. Lo que sí es cierto, es que el potencial de la tecnología de la perovskita es enorme en términos de tiempo de amortización.
¿Qué hace INGUN por la fotovoltaica?
Tanto la optimización de la eficiencia de las celdas solares como la producción en su conjunto dependen de una tecnología de prueba adecuada que permita el contacto con la menor sombra posible. Los test probes de INGUN están especializados en minimizar la sombra. Además, la tecnología de cuatro conductores permite compensar las influencias de la línea y medir al mismo tiempo la corriente y la tensión en la pieza de prueba. En colaboración con clientes, socios e institutos de investigación, INGUN desarrolla constantemente nuevas soluciones esenciales para lanzar al mercado tecnologías innovadoras, como por ejemplo las tiras de prueba para el contacto de celdas solares sin barras colectoras.