fotovoltaica

Células solares de perovskita impresas in situ

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A pesar de que el nombre no lo pone fácil, todo parece indicar que cada día se hablará más de la perovskita en el sector solar. Y no solo del mineral en sí, sino de cualquier material que tenga su misma estructura cristalina. Investigadores de todo el mundo trabajan para lograr que sus buenas condiciones teóricas puedan aplicarse en la práctica y permitan el desarrollo de nuevas células de capa fina. Buenas y baratas. Y tan bonitas como el resto de células solares.
Células solares de perovskita impresas in situ
Foto: Fraunhofer ISE

Las células solares de perovskita ya han demostrado altas eficiencias (superiores al 22%) que rivalizan con las tecnologías fotovoltaicas convencionales de capa fina como el cobre-indio-galio-selenio (CIGS) y el teluro de cadmio (CdTe). El desafío ahora consiste en transferir el progreso que la tecnología de células PV de perovskita ha sufrido en los últimos años, desde su nivel celular hasta la consecución de una tecnología escalable, estable y de bajo coste a nivel de módulo.

Hace unos meses la Agencia SINC se hacía eco del trabajo desarrollado por investigadores de la Universidad de Córdoba, que habían conseguido estabilizar durante mil horas células solares de perovskita mediante la incorporación de un catión: el guanidinio. Lo que facilitaría alargar la vida útil de este tipo de células, reducir su precio y conseguir que sean tan eficientes como las basadas en silicio.

El consorcio europeo ESPResSo (efficient structures and processes for reliable perovskite solar modules) también se ha propuesto avanzar en esta línea. Aspira a acercar el rendimiento de estas células a su límite teórico, demostrando una eficiencia mayor al 24% (en 1 cm²) y una degradación en eficiencia menor del 10% tras someterlo a estrés térmico a 85°C, con una humedad relativa del 85% durante más de 1.000 horas.

Uno de los participantes en el consorcio ESPResSo es el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE. Sus investigadores trabajan con la idea de imprimir células de perovskita in situ, con las que ya han conseguido un récord de eficiencia del 12,6%.

La perovskita podría reducir significativamente el número de pasos que exige hoy la producción de las células de silicio. La pregunta que se hizo el equipo de Andreas Hinsch, del Fraunhofer ISE, fue: ¿por qué no podemos invertir el proceso de fabricación para que primero se produzca el módulo solar y luego se llene con el material fotovoltaico directamente in situ? "Con la perovskita y una sal fotoactiva, hemos logrado por primera vez realizar una célula solar impresa con una eficiencia del 12,6%, explica Hinsch. “Con este éxito, hemos alcanzado un primer hito en el camino hacia la producción industrial”.

El objetivo del proyecto es desarrollar capas de electrodos nanoporosas imprimibles para la deposición interna y el acoplamiento de los cristales de perovskita, para optimizar la homogeneidad del proceso y proporcionar una prueba de altas eficiencias solares en las células fabricadas. El grosor de las capas fotovoltaicas activas es inferior a una micra.

La clave del proceso está en poder controlar la deposición de los elementos cristalizados de perovskita dentro del electrodo nanoporoso, que está compuesto por óxidos de metal y grafito micronizado. Los procesos utilizados hasta ahora llevaron al crecimiento descontrolado de cristales, pero los investigadores del Fraunhofer ISE han encontrado una forma de convertir la perovskita en una sal fundida a temperatura ambiente usando un gas polarizado. Así han podido llenar los poros del electrodo. La desorción final del gas aumenta enormemente el punto de fusión y provoca la cristalización. El resultado es un proceso de crecimiento homogéneo.

La eficiencia lograda hasta ahora en el laboratorio es del 12,6% pero esperan mejorar, sobre todo porque el material de perovskita ya ha demostrado eficiencias de hasta el 22%. El Fraunhofer ISE cree que es posible producir esta nueva tecnología de forma descentralizada en plantas de producción locales con infraestructuras simples. Al usar grafito de bajo costo y debido a la fácil síntesis del material de perovskita usado, los costes se reducen rápidamente.

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Eduardo Alberto
Lo ideal sería combinar la producción en serie de la fibra óptica orgánica híbrida, como la desarrollada por la investigadora Itxaso Parola, con obleas fotovoltaicas de perovskita embutidas dentro de la misma fibra cada 6 cm, distancia ideal para aprovechar un mayor espectro de la radiación solar. Encapsular el material fotovoltaico dentro de la fibra asegura que no entre en contacto con el aire, por lo que resuelve el mayor inconveniente de la perovskita que es la degradación que sufre en contacto con el medio ambiente. Además se podría producir con el método de impresión a chorro de forma continua por lo que su precio sería ínfimo.